Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II)
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
ABSTRAK
SARI SULISTYAWATI. Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat
Pb(II). Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUCHAMMAD SRI
SAENI.
Logam berat yang dihasilkan dari beberapa proses industri banyak menimbulkan
masalah lingkungan. Upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini
di antaranya metode fisikokimia, tetapi metode ini tidak efektif pada konsentrasi logam 1100 ppm. Beberapa produk samping pertanian berpotensi sebagai adsorben, salah satunya
adalah tongkol jagung. Pada penelitian ini, tongkol jagung yang digunakan sebagai
adsorben Pb(II) telah dimodifikasi dengan asam nitrat 0.6M dan impregnasi NaOH 0.1N.
Parameter yang diujikan adalah waktu kontak, bobot adsorben, konsentrasi awal logam,
dan pH. Kondisi optimum yang diperoleh untuk adsorben tanpa modifikasi pada
parameter adalah 120 menit, 0.50 g, 15 ppm, dan pH 5.00. Kondisi optimum untuk
adsorben modifikasi ialah 120 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 5.50. Arang aktif yang
digunakan sebagai pembanding kapasitas adsorpsi, memiliki kondisi optimum sebagai
berikut 150 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Pada pengujian larutan tunggal,
kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi, dengan modifikasi, dan arang
aktif, berturut-turut sebesar 1362.11, 2274.60, dan 2908.07 µg/g adsorben. Kapasitas
adsorpsi Pb(II) oleh ketiga jenis adsorben pada limbah industri aki, berturut-turut ialah
21.73, 121.71, dan 485.11 µg/g adsorben. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis
adsorben adalah isoterm Langmuir dengan linearitas >90%.
ABSTRACT
SARI SULISTYAWATI. Corncob Modification as Pb(II) Heavy Metal Adsorbent.
Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUCHAMMAD SRI SAENI.
Heavy metals contamination from industrial process causes environment problem.
Several efforts to surmount heavy metal pollution is by physical-chemical method, but
this method uneffective at concentration 1-100 ppm. Some agriculture waste biomass can
be used as adsorbent, such as corncob. In this research, corncob modification with nitric
acid 0.6M and impregnation with NaOH 0.1N were used to remove Pb(II). Adsorption
was carried out with variations of contact time, adsorbent weight, initial concentration,
and pH. The optimum contact time, adsorbent weight, initial concentration, and pH for
unmodified adsorbent were 120 minutes, 0.50 g, 15 ppm, and pH 5.00, respectively. On
the other hand, for base-impregnated acid modified adsorbent were 120 minutes, 0.25 g,
15 ppm, dan pH 5.50. The results were compared with metal ion adsorption by
commercial activated carbon. The optimum condition for activated carbon was at 150
minutes, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Lead(II) adsorption capacity by unmodified
adsorbent, base-impregnated acid modified adsorbent, and activated carbon in single
solution were 1362.11, 2274.60, and 2908.07 µg/g adsorbent, respectively. Application of
three kinds of adsorbent toward electroplating industrial waste showed an adsorption
capacity of 21.73, 121.71, and 485.11 µg/g adsorbent, respectively. Isotherm type for all
kinds of adsorbent followed Langmuir isotherm, with high linearity (>90%).
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul
Nama
NIM
: Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II)
: Sari Sulistyawati
: G44203023
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Prof. Dr. Ir. MS Saeni, MS
NIP 130 256 339
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim…
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi
Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II), yang dilaksanakan pada bulan
November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan
Lingkungan, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita, S.Si, M.Si. dan (alm.)
Bapak Prof. Dr. Ir. Muhamad Sri Saeni, MS selaku pembimbing yang telah memberikan
masukan dan pengarahan kepada penulis. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada
Ayah, Ibu, Dwi, dan Priya atas doa dan dukungannya. Ucapan terima kasih juga
disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB, Ibu Ai, Bapak Nano, Bapak Mail,
Bapak Eman, Bapak Didi, Bapak Syawal, dan Mas Heri atas bantuannya. Saya haturkan
banyak terima kasih kepada Nova, Lia, Dany, Kak Angga, Kak Fahrizal, dan Kak Budi
atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian.
Akhir kata, penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca.
Amin.
Bogor, April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari
tiga bersaudara, putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan
melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI).
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB.
Periode kepengurusan 2003/2004 dan 2004/2005 penulis menjadi staf di Departemen
Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika)
IPB. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar, Kimia Fisik Layanan, dan
Kimia Lingkungan pada periode 2006/2007. Selain itu, penulis juga aktif mengikuti
seminar-seminar, baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan
di IPB.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
viii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
ix
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung ...............................................................................................................
Selulosa .............................................................................................................
Adsorpsi ............................................................................................................
Modifikasi Adsorben .......................................................................................
Isoterm Adsorpsi Freundlich ..........................................................................
Isoterm Adsorpsi Langmuir .............................................................................
Timbel (Pb) ......................................................................................................
Arang Aktif ....................................................................................... ...............
1
1
2
2
2
3
3
3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
3
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung ................................................................................
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi ............................................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi ..........................................................
Kondisi Optimum Arang Aktif .........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal ...............................................................................
Adsorpsi Limbah Industri Aki .........................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
5
5
6
7
8
9
10
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
12
12
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
12
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung.....................................................................................................
1
2 Kondisi optimum ATM, AM, dan AA......................................................................
9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Rumus Haworth selulosa ......................................................................................
2
2
Adsorben tanpa modifikasi (a), adsorben modifikasi (b), dan arang aktif (c) ......
5
3
Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ..............
6
4
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi ...................................................................................................
6
Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben tanpa modifikasi ....................................................................................
7
6
Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .
7
7
Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............................
7
8
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi .....
8
9
Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............
8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben modifikasi ..............................................................................................
8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif............................................
8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif ......................
9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif ............................
9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
arang aktif .............................................................................................................
9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif ....................................................................
10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif .................................................................... .
10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ...........
11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .........
11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi.....................
11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ..................
11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ....................................
11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ..................................
11
5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Bagan alir penelitian .............................................................................................
15
2
Kadar air tongkol jagung .....................................................................................
16
3
Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam
Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif). .................................................................................
16
Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
(adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan arang aktif) .....................
17
Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum ......................
18
Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum..........................
18
Komposisi limbah aki ...........................................................................................
18
10 Reaksi pengolahan aki ..........................................................................................
18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .......................................................
19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi .................................................................
19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh arang aktif ................................................................................
20
4
5
6
7
8
9
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan
merupakan salah satu masalah besar dunia.
Peningkatan kadar logam berat menyebabkan
keracunan pada tanah, udara, dan air. Proses
industri dan urbanisasi memegang peranan
penting terhadap kontaminasi tersebut.
Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi
pencemaran logam berat ini, di antaranya
dengan metode fisikokimia seperti presipitasi
kimia, osmosis balik, dan pertukaran ion
(Suhendrayatna 2001). Akan tetapi metode
tersebut memiliki kelemahan, yaitu tidak
efektif pada konsentrasi larutan ion logam
1─100 ppm. Metode lain yang dapat
digunakan
adalah
adsorpsi
dengan
menggunakan adsorben, seperti arang aktif
dan zeolit. Kumar (2006) menyatakan bahwa
beberapa hasil samping pertanian, seperti
gabah padi dan kulit kacang dapat
dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI). Selain
itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit
jeruk dan tangkai bunga matahari dapat
menjerap logam Cu(II). Untuk itu, diharapkan
muncul adsorben alternatif yang mampu
bersaing dengan adsorben komersial seperti
arang aktif.
Jagung merupakan salah satu jenis
tanaman pangan biji-bijian. Produksi jagung
di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan
peningkatan. Pada tahun 2004 sebesar 11.22
juta ton, tahun 2005 meningkat menjadi 12.52
juta ton, tahun 2006 mencapai 12.13 juta ton,
dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi
mencapai 14 juta ton (BPS 2007). Tingkat
konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 3.5
juta ton, sedangkan tahun 2007 mencapai 4.1
juta ton.
Penelitian
oleh
Rajawane
(2008)
memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang
mengandung pektin dan selulosa berpotensi
sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah
industri aki dengan kapasitas adsorpsi 724.90
µg/g adsorben. Hal ini diperkuat dengan
penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan
bahwa modifikasi selulosa pada tongkol
jagung mampu menjerap biru metilena dari
limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi
518.07 µg/g adsorben. Pada penelitian
tersebut digunakan asam nitrat untuk
mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida
untuk impregnasi. Hasil-hasil penelitian
tersebut
menunjukkan
bahwa
limbah
pertanian yang mengandung selulosa, seperti
tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu
meningkatkan nilai tambahnya.
Penelitian ini bertujuan memodifikasi
tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan
memanfaatkannya sebagai adsorben. Uji
kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung
tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal
Pb(II) dan limbah industri aki.
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman
pangan dunia yang terpenting, selain gandum
dan padi. Selain sebagai sumber karbohidrat,
jagung juga digunakan sebagai pakan ternak,
diolah menjadi minyak, tepung (dikenal
dengan istilah tepung jagung atau maizena),
furfural, bioetanol, dan bahan baku industri.
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang
dipakai sebagai bahan baku pembuatan
furfural. Furfural banyak digunakan sebagai
pelarut dalam industri pengolahan minyak
bumi, pembuatan pelumas, dan pembuatan
nilon.
Tongkol jagung sebagian besar tersusun
oleh selulosa (41%), hemiselulosa (36%),
lignin (6%), dan senyawa lain yang umum
terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1). Aktivasi
terhadap adsorben mengarah pada aktivasi
gugus hidroksil pada selulosa, sehingga
kemampuannya menjerap zat warna maupun
ion logam meningkat (Igwe et al. 2005).
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen
%
Air
9.6
Abu
1.5
Hemiselulosa
36.0
Selulosa
41.0
Lignin
6.0
Pektin
3.0
Pati
0.014
Sumber: Lorenz & Kulp (1991).
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati
hampir 60% komponen penyusun struktur
tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus
homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β─
(1,4). Selulosa banyak terdapat pada dinding
sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
ABSTRAK
SARI SULISTYAWATI. Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat
Pb(II). Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUCHAMMAD SRI
SAENI.
Logam berat yang dihasilkan dari beberapa proses industri banyak menimbulkan
masalah lingkungan. Upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini
di antaranya metode fisikokimia, tetapi metode ini tidak efektif pada konsentrasi logam 1100 ppm. Beberapa produk samping pertanian berpotensi sebagai adsorben, salah satunya
adalah tongkol jagung. Pada penelitian ini, tongkol jagung yang digunakan sebagai
adsorben Pb(II) telah dimodifikasi dengan asam nitrat 0.6M dan impregnasi NaOH 0.1N.
Parameter yang diujikan adalah waktu kontak, bobot adsorben, konsentrasi awal logam,
dan pH. Kondisi optimum yang diperoleh untuk adsorben tanpa modifikasi pada
parameter adalah 120 menit, 0.50 g, 15 ppm, dan pH 5.00. Kondisi optimum untuk
adsorben modifikasi ialah 120 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 5.50. Arang aktif yang
digunakan sebagai pembanding kapasitas adsorpsi, memiliki kondisi optimum sebagai
berikut 150 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Pada pengujian larutan tunggal,
kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi, dengan modifikasi, dan arang
aktif, berturut-turut sebesar 1362.11, 2274.60, dan 2908.07 µg/g adsorben. Kapasitas
adsorpsi Pb(II) oleh ketiga jenis adsorben pada limbah industri aki, berturut-turut ialah
21.73, 121.71, dan 485.11 µg/g adsorben. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis
adsorben adalah isoterm Langmuir dengan linearitas >90%.
ABSTRACT
SARI SULISTYAWATI. Corncob Modification as Pb(II) Heavy Metal Adsorbent.
Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUCHAMMAD SRI SAENI.
Heavy metals contamination from industrial process causes environment problem.
Several efforts to surmount heavy metal pollution is by physical-chemical method, but
this method uneffective at concentration 1-100 ppm. Some agriculture waste biomass can
be used as adsorbent, such as corncob. In this research, corncob modification with nitric
acid 0.6M and impregnation with NaOH 0.1N were used to remove Pb(II). Adsorption
was carried out with variations of contact time, adsorbent weight, initial concentration,
and pH. The optimum contact time, adsorbent weight, initial concentration, and pH for
unmodified adsorbent were 120 minutes, 0.50 g, 15 ppm, and pH 5.00, respectively. On
the other hand, for base-impregnated acid modified adsorbent were 120 minutes, 0.25 g,
15 ppm, dan pH 5.50. The results were compared with metal ion adsorption by
commercial activated carbon. The optimum condition for activated carbon was at 150
minutes, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Lead(II) adsorption capacity by unmodified
adsorbent, base-impregnated acid modified adsorbent, and activated carbon in single
solution were 1362.11, 2274.60, and 2908.07 µg/g adsorbent, respectively. Application of
three kinds of adsorbent toward electroplating industrial waste showed an adsorption
capacity of 21.73, 121.71, and 485.11 µg/g adsorbent, respectively. Isotherm type for all
kinds of adsorbent followed Langmuir isotherm, with high linearity (>90%).
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul
Nama
NIM
: Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II)
: Sari Sulistyawati
: G44203023
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Prof. Dr. Ir. MS Saeni, MS
NIP 130 256 339
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim…
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi
Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II), yang dilaksanakan pada bulan
November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan
Lingkungan, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita, S.Si, M.Si. dan (alm.)
Bapak Prof. Dr. Ir. Muhamad Sri Saeni, MS selaku pembimbing yang telah memberikan
masukan dan pengarahan kepada penulis. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada
Ayah, Ibu, Dwi, dan Priya atas doa dan dukungannya. Ucapan terima kasih juga
disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB, Ibu Ai, Bapak Nano, Bapak Mail,
Bapak Eman, Bapak Didi, Bapak Syawal, dan Mas Heri atas bantuannya. Saya haturkan
banyak terima kasih kepada Nova, Lia, Dany, Kak Angga, Kak Fahrizal, dan Kak Budi
atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian.
Akhir kata, penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca.
Amin.
Bogor, April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari
tiga bersaudara, putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan
melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI).
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB.
Periode kepengurusan 2003/2004 dan 2004/2005 penulis menjadi staf di Departemen
Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika)
IPB. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar, Kimia Fisik Layanan, dan
Kimia Lingkungan pada periode 2006/2007. Selain itu, penulis juga aktif mengikuti
seminar-seminar, baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan
di IPB.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
viii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
ix
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung ...............................................................................................................
Selulosa .............................................................................................................
Adsorpsi ............................................................................................................
Modifikasi Adsorben .......................................................................................
Isoterm Adsorpsi Freundlich ..........................................................................
Isoterm Adsorpsi Langmuir .............................................................................
Timbel (Pb) ......................................................................................................
Arang Aktif ....................................................................................... ...............
1
1
2
2
2
3
3
3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
3
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung ................................................................................
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi ............................................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi ..........................................................
Kondisi Optimum Arang Aktif .........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal ...............................................................................
Adsorpsi Limbah Industri Aki .........................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
5
5
6
7
8
9
10
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
12
12
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
12
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung.....................................................................................................
1
2 Kondisi optimum ATM, AM, dan AA......................................................................
9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Rumus Haworth selulosa ......................................................................................
2
2
Adsorben tanpa modifikasi (a), adsorben modifikasi (b), dan arang aktif (c) ......
5
3
Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ..............
6
4
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi ...................................................................................................
6
Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben tanpa modifikasi ....................................................................................
7
6
Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .
7
7
Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............................
7
8
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi .....
8
9
Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............
8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben modifikasi ..............................................................................................
8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif............................................
8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif ......................
9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif ............................
9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
arang aktif .............................................................................................................
9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif ....................................................................
10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif .................................................................... .
10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ...........
11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .........
11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi.....................
11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ..................
11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ....................................
11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ..................................
11
5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Bagan alir penelitian .............................................................................................
15
2
Kadar air tongkol jagung .....................................................................................
16
3
Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam
Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif). .................................................................................
16
Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
(adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan arang aktif) .....................
17
Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum ......................
18
Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum..........................
18
Komposisi limbah aki ...........................................................................................
18
10 Reaksi pengolahan aki ..........................................................................................
18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .......................................................
19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi .................................................................
19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh arang aktif ................................................................................
20
4
5
6
7
8
9
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan
merupakan salah satu masalah besar dunia.
Peningkatan kadar logam berat menyebabkan
keracunan pada tanah, udara, dan air. Proses
industri dan urbanisasi memegang peranan
penting terhadap kontaminasi tersebut.
Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi
pencemaran logam berat ini, di antaranya
dengan metode fisikokimia seperti presipitasi
kimia, osmosis balik, dan pertukaran ion
(Suhendrayatna 2001). Akan tetapi metode
tersebut memiliki kelemahan, yaitu tidak
efektif pada konsentrasi larutan ion logam
1─100 ppm. Metode lain yang dapat
digunakan
adalah
adsorpsi
dengan
menggunakan adsorben, seperti arang aktif
dan zeolit. Kumar (2006) menyatakan bahwa
beberapa hasil samping pertanian, seperti
gabah padi dan kulit kacang dapat
dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI). Selain
itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit
jeruk dan tangkai bunga matahari dapat
menjerap logam Cu(II). Untuk itu, diharapkan
muncul adsorben alternatif yang mampu
bersaing dengan adsorben komersial seperti
arang aktif.
Jagung merupakan salah satu jenis
tanaman pangan biji-bijian. Produksi jagung
di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan
peningkatan. Pada tahun 2004 sebesar 11.22
juta ton, tahun 2005 meningkat menjadi 12.52
juta ton, tahun 2006 mencapai 12.13 juta ton,
dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi
mencapai 14 juta ton (BPS 2007). Tingkat
konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 3.5
juta ton, sedangkan tahun 2007 mencapai 4.1
juta ton.
Penelitian
oleh
Rajawane
(2008)
memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang
mengandung pektin dan selulosa berpotensi
sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah
industri aki dengan kapasitas adsorpsi 724.90
µg/g adsorben. Hal ini diperkuat dengan
penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan
bahwa modifikasi selulosa pada tongkol
jagung mampu menjerap biru metilena dari
limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi
518.07 µg/g adsorben. Pada penelitian
tersebut digunakan asam nitrat untuk
mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida
untuk impregnasi. Hasil-hasil penelitian
tersebut
menunjukkan
bahwa
limbah
pertanian yang mengandung selulosa, seperti
tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu
meningkatkan nilai tambahnya.
Penelitian ini bertujuan memodifikasi
tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan
memanfaatkannya sebagai adsorben. Uji
kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung
tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal
Pb(II) dan limbah industri aki.
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman
pangan dunia yang terpenting, selain gandum
dan padi. Selain sebagai sumber karbohidrat,
jagung juga digunakan sebagai pakan ternak,
diolah menjadi minyak, tepung (dikenal
dengan istilah tepung jagung atau maizena),
furfural, bioetanol, dan bahan baku industri.
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang
dipakai sebagai bahan baku pembuatan
furfural. Furfural banyak digunakan sebagai
pelarut dalam industri pengolahan minyak
bumi, pembuatan pelumas, dan pembuatan
nilon.
Tongkol jagung sebagian besar tersusun
oleh selulosa (41%), hemiselulosa (36%),
lignin (6%), dan senyawa lain yang umum
terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1). Aktivasi
terhadap adsorben mengarah pada aktivasi
gugus hidroksil pada selulosa, sehingga
kemampuannya menjerap zat warna maupun
ion logam meningkat (Igwe et al. 2005).
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen
%
Air
9.6
Abu
1.5
Hemiselulosa
36.0
Selulosa
41.0
Lignin
6.0
Pektin
3.0
Pati
0.014
Sumber: Lorenz & Kulp (1991).
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati
hampir 60% komponen penyusun struktur
tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus
homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β─
(1,4). Selulosa banyak terdapat pada dinding
sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut. Ikatan glikosidik β─(1,4) pada
selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat,
menghasilkan glukosa dan selobiosa. Ikatan
ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim
glikosidase yang terdapat dalam pencernaan
manusia. Rumus Haworth selulosa dapat
dilihat pada Gambar 2.
Isoterm Adsorpsi
CH2OH
OH
O
O
OH
O
OH
O
klorida, dan asam fosfat. Pada penelitian ini
digunakan asam nitrat. Hal ini berdasarkan
penelitian Dewi (2005) yang menyatakan
bahwa modifikasi selulosa pada kulit
singkong dengan asam nitrat memberikan
kapasitas adsorpsi yang lebih besar
dibandingkan dengan modifikasi oleh asam
fosfat.
O
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa.
Adsorpsi
Adsorpsi
merupakan
peristiwa
terakumulasinya partikel pada permukaan.
Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh
permukaan disebut adsorbat dan material
tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben
atau substrat (Atkins 1999).
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis, yaitu
adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika
(fisisorpsi). Pada adsorpsi kimia, suatu
molekul menempel ke permukaan melalui
pembentukan ikatan kimia. Sementara itu
dalam adsorpsi fisika, adsorbat menempel
pada
permukaan
melalui
interaksi
antarmolekul yang lemah.
Faktor-faktor yang memengaruhi proses
adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia
adsorben seperti luas permukaan, ukuran
partikel, dan komposisi kimia. Semakin kecil
ukuran partikel, maka semakin besar luas
permukaan padatan per satuan volume
tertentu, sehingga akan semakin banyak zat
yang diadsorpsi. Faktor lainnya adalah sifat
fisis dan kimia adsorbat, seperti ukuran
molekul dan komposisi kimia, serta
konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins
1999).
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh
larutan asam atau basa, atau dapat juga oleh
perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall
& Mitchell 1996). Modifikasi dengan larutan
asam paling umum digunakan dan terbukti
efektif dalam meningkatkan kapasitas
adsorpsi (Gufta 1998). Larutan asam yang
sering digunakan antara lain asam nitrat, asam
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan
potensial kimia adsorbat di permukaan
adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai
isoterm adsorpsi. Kesetimbangan tercapai jika
laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat
sama dengan laju pelepasannya (Koumanova
& Antova 2002).
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada
tiga macam, yaitu isoterm Freundlich,
Langmuir,
dan
Brenauer-Emmet-Teller
(BET). Isoterm Freundlich dan Langmuir
digunakan untuk gas atau larutan dengan
konsentrasi rendah. Isoterm BET merupakan
modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan
tinggi (Alberty & Silbey 1992).
Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan
perbedaan
energi
pada
tapak
aktif
(Koumanova
& Antova
2002). Model
isoterm ini menganggap bahwa pada semua
tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi
proses adsorpsi di bawah kondisi yang
diberikan. Isoterm Freundlich tidak mampu
memperkirakan adanya tapak-tapak pada
permukaan
yang
mampu
mencegah
tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan.
Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang
mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason
2004).
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai
berikut:
x
= k C 1 / n ................ (1)
m
Persamaan dalam bentuk logaritma:
x
1
log = log k + log C ...... (2)
m
n
dengan:
x
m
C
= jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (µg/g adsorben)
= konsentrasi kesetimbangan
3
k, n
adsorbat dalam larutan setelah
adsorpsi (ppm)
= konstanta empiris
Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh
adsorben terdapat pada permukaan dan
memiliki energi yang sama, serta adsorpsi
bersifat dapat balik (Atkins 1999). Menurut
Ribeiro et al. (2005), isoterm Langmuir
mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi
adalah ekuivalen dan kemampuan partikel
untuk terikat di tapak tersebut tidak
bergantung pada ditempati atau tidak
ditempatinya tempat yang berdekatan. Dengan
kata lain, permukaan adsorpsi digambarkan
homogen.
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai
berikut:
α β C .............. (3)
x
=
m 1 +β C
Konstanta α, β dapat ditentukan dari kurva
hubungan C terhadap C dengan persamaan:
x/m
1
1
C
=
+ C ............. (4)
x/m α β α
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan
logam berat yang terdapat secara alami di
dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam
jumlah kecil melalui proses alami. Unsur Pb
dengan nomor atom 82, bobot atom 207.2
g/mol, dan densitas 11.4 g/cm3 merupakan
logam yang sangat beracun yang dapat
dideteksi hampir pada seluruh benda mati di
lingkungan dan seluruh sistem hayati.
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh
manusia dan masuk ke dalam tubuh, akan
beredar mengikuti aliran darah, diserap
kembali di dalam ginjal dan otak, dan
disimpan di dalam tulang dan gigi. Manusia
menyerap timbel melalui udara, debu, air, dan
makanan.
Sumber utama timbel berasal dari turunan
gugus alkil yang digunakan sebagai bahan
aditif bensin. Timbel secara tidak sengaja juga
terdapat pada makanan dan minuman. Dalam
air minum timbel dapat berasal dari
kontaminasi pipa, solder, dan keran air.
Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan. Sifat racunnya dapat merusak
sistem saraf, sistem reproduksi, hati, otak, dan
memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989).
Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang
direkomendasikan oleh WHO bagi orang
dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah
50 dan 25 µg/kg bobot badan. Mobilitas
timbel di tanah dan tumbuhan cenderung
lambat dengan kadar normal pada tumbuhan
berkisar 0.5─3 ppm (Suhendrayatna 2001).
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang
dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas
permukaan dalam yang sangat besar. Struktur
amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar,
disusun oleh atom-atom karbon yang terikat
secara kovalen dalam suatu tapak heksagon
(Djatmiko et al. 1985). Pori-pori dalam arang
biasanya diisi oleh tar, hidrokarbon, dan zatzat organik lainnya yang terdiri dari fixed
carbon, abu, air, serta senyawaan yang
mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren
1986).
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang
mengandung karbon. Sumber bahan baku
yang dapat digunakan antara lain kayu, ampas
tebu, tempurung kelapa, tongkol jagung,
tulang, dan batu bara. Suhu aktivasi pada
arang berkisar 300─900 °C bergantung pada
cara pengaktifannya. Aktivasi arang dapat
juga dilakukan pada suhu 1000 °C dengan
cara kimiawi. Ukuran pori dari arang aktif
dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu
makro, meso, dan mikro. Makropori memiliki
ukuran diameter pori sebesar 1000─100 000
Ǻ, mesopori memiliki diameter 100─1000 Ǻ,
dan mikropori memiliki diameter kurang dari
100 Ǻ. Luas permukaan arang aktif pada
umumnya berkisar dari 850─3000 m2/g
(Djatmiko et al. 1985).
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah
tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari
Cisarua, HCl 0.1N, NaOH 0.1N, HNO3 0.6N,
Pb(NO3)2 20 ppm, dan air deionisasi.
Alat-alat
yang
digunakan
adalah
spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi
Z-5000, pH meter D-51 Horiba, neraca
analitik Kern ALJ 220-4, shaker Heidolph
4
Titramax 101, oven, eksikator, hot plate
Nuova Thermolyne, ayakan ukuran 100 mesh,
dan peralatan kaca.
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan
menggunakan asam nitrat dan impregnasi
natrium hidroksida. Kondisi optimum
ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan
tunggal dan limbah industri. Diagram alir
penelitian selengkapnya dapat dilihat pada
Lampiran 1.
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi
dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu
ditambahkan 660 ml asam nitrat 0.6N.
Campuran dikocok sambil dipanaskan pada
suhu 40 oC selama 3 jam, kemudian disaring.
Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50
o
C selama 24 jam, kemudian suhu dinaikkan
menjadi 180 oC lalu didinginkan. Setelah itu,
direndam dalam air deionisasi panas untuk
menghilangkan kelebihan asam dan kembali
dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam
(Marshall et al. 1999). Hasil ini selanjutnya
disebut adsorben termodifikasi asam nitrat.
Preparasi Tongkol Jagung
Impregnasi NaOH
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih,
setelah itu dikeringudarakan dalam oven,
digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh
(Horsfall et al. 2003). Serbuk tongkol jagung
ini selanjutnya disebut adsorben tanpa
modifikasi.
Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci,
ditimbang sebanyak 1 g. Setelah itu,
ditempatkan dalam cawan petri yang telah
dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui
bobot tetapnya. Cawan petri berisi sampel lalu
dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 3 jam dan didinginkan. Setelah dingin,
disimpan dalam eksikator lalu ditimbang.
Pengeringan dilakukan beberapa kali selama
± 30 menit sampai diperoleh bobot tetap.
Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan.
Kadar air dihitung sebagai berikut:
Kadar air =
a −b
× 100% ........ (5)
c
dengan:
a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g)
b = bobot sampel dan cawan petri sesudah
dikeringkan (g)
c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g)
Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat
dengan cara melarutkan 31.28 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga
satu liter.
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat
dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu
ditambahkan 2 L NaOH 0.1N. Campuran
dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan
pada suhu 80 oC kemudian disaring dan
filtratnya dibuang. Setelah itu, residu dicuci
dengan menggunakan air deionisasi sebanyak
dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa,
sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu
50 oC selama 24 jam (Marshall et al. 1999).
Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut
adsorben modifikasi.
Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke
dalam 50 ml larutan logam dengan
konsentrasi 15 ppm, kemudian suspensi
dikocok dengan shaker. Adsorpsi dilakukan
dengan ragam waktu adsorpsi 30, 60, 90, dan
120 menit. Waktu optimum ditentukan dengan
menghitung kapasitas adsorpsi maksimum
untuk ketiga jenis adsorben, yaitu adsorben
tanpa modifikasi, dengan modifikasi, dan
arang aktif.
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan
persamaan:
V (Co − C a ) ........ (6)
Q=
m
dengan:
Q
= kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (µg/g adsorben)
V
= volume larutan (ml)
Co
= konsentrasi awal larutan (ppm)
Ca
= konsentrasi akhir larutan (ppm)
m
= massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan
adalah 0.25, 0.50, 0.75, dan 1.0 g. Masingmasing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan
logam 15 ppm kemudian dikocok dengan
shaker. Adsorpsi ini dilakukan pada waktu
optimum.
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh
dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam.
Kemudian larutan dikocok dengan shaker
selama waktu optimum. Ragam konsentrasi
logam yang digunakan adalah 5.0, 10.0 dan
15.0 ppm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen,
dibersihkan dengan air mengalir dan air
deionisasi. Tujuannya ialah untuk mengurangi
kotoran
yang
melekat
dan
ion-ion
pengganggu. Adsorben yang dihasilkan dari
tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a
dan 3b. Sebagai pembanding kapasitas
adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah
dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar
3c).
pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh
ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi
50 ml larutan logam dengan konsentrasi
optimum pada pH 5.0, 5.5, 6.0, dan 6.5.
Campuran dikocok selama waktu optimum
adsorpsi, kemudian disaring dan diukur.
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben
Tanpa Modifikasi, Modifikasi, dan Arang
Aktif
Adsorben tanpa modifikasi, dengan
modifikasi, dan arang aktif diujikan dalam
larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki
PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap
adsorben.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang, waktu
optimum, bobot optimum, dan pH optimum.
Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada
beberapa konsentrasi, yaitu 1, 5, 10, 25, 50,
dan 100 ppm, dimasukkan ke dalam
Erlenmeyer 250 ml. Kemudian ditambahkan
adsorben, dan larutan dikocok dengan
menggunakan shaker. Larutan disaring
dengan menggunakan kertas saring. Filtratnya
kemudian dianalisis dengan spektrofotometer
serapan atom (SSA). Blangko juga disiapkan
dan dianalisis.
(a)
(b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a),
dengan modifikasi (b), dan
arang aktif (c).
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian
Sunarya
(2005),
karena
memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi.
Ukuran partikel adsorben adalah salah satu
faktor yang memengaruhi adsorpsi. Pada
metode tumpak, ukuran butir adsorben yang
semakin kecil akan meningkatkan luas
permukaan (Demirbas et al. 2004).
Kadar air rerata yang diperoleh adalah
9.71% (Lampiran 2). Menurut Lorenz dan
Kulp (1991), tongkol jagung memiliki kadar
air sebesar 9.60%. Kandungan air yang terlalu
tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu
adsorben
tongkol
jagung
selama
penyimpanan. Tempat penyimpanan yang
kering dan terlindung dari kontak udara
langsung dapat menghindari penggumpalan
dan menjaga kelembapan adsorben, sehingga
jamur tidak dapat tumbuh. Kadar air yang
terdapat dalam adsorben tongkol jagung
dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara,
lamanya proses penjemuran, penggilingan,
dan pengayakan.
Parameter
yang
digunakan
untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
ABSTRAK
SARI SULISTYAWATI. Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat
Pb(II). Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUCHAMMAD SRI
SAENI.
Logam berat yang dihasilkan dari beberapa proses industri banyak menimbulkan
masalah lingkungan. Upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini
di antaranya metode fisikokimia, tetapi metode ini tidak efektif pada konsentrasi logam 1100 ppm. Beberapa produk samping pertanian berpotensi sebagai adsorben, salah satunya
adalah tongkol jagung. Pada penelitian ini, tongkol jagung yang digunakan sebagai
adsorben Pb(II) telah dimodifikasi dengan asam nitrat 0.6M dan impregnasi NaOH 0.1N.
Parameter yang diujikan adalah waktu kontak, bobot adsorben, konsentrasi awal logam,
dan pH. Kondisi optimum yang diperoleh untuk adsorben tanpa modifikasi pada
parameter adalah 120 menit, 0.50 g, 15 ppm, dan pH 5.00. Kondisi optimum untuk
adsorben modifikasi ialah 120 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 5.50. Arang aktif yang
digunakan sebagai pembanding kapasitas adsorpsi, memiliki kondisi optimum sebagai
berikut 150 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Pada pengujian larutan tunggal,
kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi, dengan modifikasi, dan arang
aktif, berturut-turut sebesar 1362.11, 2274.60, dan 2908.07 µg/g adsorben. Kapasitas
adsorpsi Pb(II) oleh ketiga jenis adsorben pada limbah industri aki, berturut-turut ialah
21.73, 121.71, dan 485.11 µg/g adsorben. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis
adsorben adalah isoterm Langmuir dengan linearitas >90%.
ABSTRACT
SARI SULISTYAWATI. Corncob Modification as Pb(II) Heavy Metal Adsorbent.
Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUCHAMMAD SRI SAENI.
Heavy metals contamination from industrial process causes environment problem.
Several efforts to surmount heavy metal pollution is by physical-chemical method, but
this method uneffective at concentration 1-100 ppm. Some agriculture waste biomass can
be used as adsorbent, such as corncob. In this research, corncob modification with nitric
acid 0.6M and impregnation with NaOH 0.1N were used to remove Pb(II). Adsorption
was carried out with variations of contact time, adsorbent weight, initial concentration,
and pH. The optimum contact time, adsorbent weight, initial concentration, and pH for
unmodified adsorbent were 120 minutes, 0.50 g, 15 ppm, and pH 5.00, respectively. On
the other hand, for base-impregnated acid modified adsorbent were 120 minutes, 0.25 g,
15 ppm, dan pH 5.50. The results were compared with metal ion adsorption by
commercial activated carbon. The optimum condition for activated carbon was at 150
minutes, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Lead(II) adsorption capacity by unmodified
adsorbent, base-impregnated acid modified adsorbent, and activated carbon in single
solution were 1362.11, 2274.60, and 2908.07 µg/g adsorbent, respectively. Application of
three kinds of adsorbent toward electroplating industrial waste showed an adsorption
capacity of 21.73, 121.71, and 485.11 µg/g adsorbent, respectively. Isotherm type for all
kinds of adsorbent followed Langmuir isotherm, with high linearity (>90%).
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul
Nama
NIM
: Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II)
: Sari Sulistyawati
: G44203023
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Prof. Dr. Ir. MS Saeni, MS
NIP 130 256 339
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim…
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi
Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II), yang dilaksanakan pada bulan
November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan
Lingkungan, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita, S.Si, M.Si. dan (alm.)
Bapak Prof. Dr. Ir. Muhamad Sri Saeni, MS selaku pembimbing yang telah memberikan
masukan dan pengarahan kepada penulis. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada
Ayah, Ibu, Dwi, dan Priya atas doa dan dukungannya. Ucapan terima kasih juga
disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB, Ibu Ai, Bapak Nano, Bapak Mail,
Bapak Eman, Bapak Didi, Bapak Syawal, dan Mas Heri atas bantuannya. Saya haturkan
banyak terima kasih kepada Nova, Lia, Dany, Kak Angga, Kak Fahrizal, dan Kak Budi
atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian.
Akhir kata, penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca.
Amin.
Bogor, April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari
tiga bersaudara, putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan
melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI).
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB.
Periode kepengurusan 2003/2004 dan 2004/2005 penulis menjadi staf di Departemen
Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika)
IPB. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar, Kimia Fisik Layanan, dan
Kimia Lingkungan pada periode 2006/2007. Selain itu, penulis juga aktif mengikuti
seminar-seminar, baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan
di IPB.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
viii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
ix
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung ...............................................................................................................
Selulosa .............................................................................................................
Adsorpsi ............................................................................................................
Modifikasi Adsorben .......................................................................................
Isoterm Adsorpsi Freundlich ..........................................................................
Isoterm Adsorpsi Langmuir .............................................................................
Timbel (Pb) ......................................................................................................
Arang Aktif ....................................................................................... ...............
1
1
2
2
2
3
3
3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
3
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung ................................................................................
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi ............................................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi ..........................................................
Kondisi Optimum Arang Aktif .........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal ...............................................................................
Adsorpsi Limbah Industri Aki .........................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
5
5
6
7
8
9
10
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
12
12
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
12
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung.....................................................................................................
1
2 Kondisi optimum ATM, AM, dan AA......................................................................
9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Rumus Haworth selulosa ......................................................................................
2
2
Adsorben tanpa modifikasi (a), adsorben modifikasi (b), dan arang aktif (c) ......
5
3
Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ..............
6
4
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi ...................................................................................................
6
Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben tanpa modifikasi ....................................................................................
7
6
Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .
7
7
Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............................
7
8
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi .....
8
9
Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............
8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben modifikasi ..............................................................................................
8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif............................................
8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif ......................
9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif ............................
9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
arang aktif .............................................................................................................
9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif ....................................................................
10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif .................................................................... .
10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ...........
11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .........
11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi.....................
11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ..................
11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ....................................
11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ..................................
11
5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Bagan alir penelitian .............................................................................................
15
2
Kadar air tongkol jagung .....................................................................................
16
3
Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam
Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif). .................................................................................
16
Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
(adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan arang aktif) .....................
17
Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum ......................
18
Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum..........................
18
Komposisi limbah aki ...........................................................................................
18
10 Reaksi pengolahan aki ..........................................................................................
18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .......................................................
19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi .................................................................
19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh arang aktif ................................................................................
20
4
5
6
7
8
9
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan
merupakan salah satu masalah besar dunia.
Peningkatan kadar logam berat menyebabkan
keracunan pada tanah, udara, dan air. Proses
industri dan urbanisasi memegang peranan
penting terhadap kontaminasi tersebut.
Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi
pencemaran logam berat ini, di antaranya
dengan metode fisikokimia seperti presipitasi
kimia, osmosis balik, dan pertukaran ion
(Suhendrayatna 2001). Akan tetapi metode
tersebut memiliki kelemahan, yaitu tidak
efektif pada konsentrasi larutan ion logam
1─100 ppm. Metode lain yang dapat
digunakan
adalah
adsorpsi
dengan
menggunakan adsorben, seperti arang aktif
dan zeolit. Kumar (2006) menyatakan bahwa
beberapa hasil samping pertanian, seperti
gabah padi dan kulit kacang dapat
dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI). Selain
itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit
jeruk dan tangkai bunga matahari dapat
menjerap logam Cu(II). Untuk itu, diharapkan
muncul adsorben alternatif yang mampu
bersaing dengan adsorben komersial seperti
arang aktif.
Jagung merupakan salah satu jenis
tanaman pangan biji-bijian. Produksi jagung
di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan
peningkatan. Pada tahun 2004 sebesar 11.22
juta ton, tahun 2005 meningkat menjadi 12.52
juta ton, tahun 2006 mencapai 12.13 juta ton,
dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi
mencapai 14 juta ton (BPS 2007). Tingkat
konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 3.5
juta ton, sedangkan tahun 2007 mencapai 4.1
juta ton.
Penelitian
oleh
Rajawane
(2008)
memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang
mengandung pektin dan selulosa berpotensi
sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah
industri aki dengan kapasitas adsorpsi 724.90
µg/g adsorben. Hal ini diperkuat dengan
penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan
bahwa modifikasi selulosa pada tongkol
jagung mampu menjerap biru metilena dari
limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi
518.07 µg/g adsorben. Pada penelitian
tersebut digunakan asam nitrat untuk
mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida
untuk impregnasi. Hasil-hasil penelitian
tersebut
menunjukkan
bahwa
limbah
pertanian yang mengandung selulosa, seperti
tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu
meningkatkan nilai tambahnya.
Penelitian ini bertujuan memodifikasi
tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan
memanfaatkannya sebagai adsorben. Uji
kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung
tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal
Pb(II) dan limbah industri aki.
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman
pangan dunia yang terpenting, selain gandum
dan padi. Selain sebagai sumber karbohidrat,
jagung juga digunakan sebagai pakan ternak,
diolah menjadi minyak, tepung (dikenal
dengan istilah tepung jagung atau maizena),
furfural, bioetanol, dan bahan baku industri.
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang
dipakai sebagai bahan baku pembuatan
furfural. Furfural banyak digunakan sebagai
pelarut dalam industri pengolahan minyak
bumi, pembuatan pelumas, dan pembuatan
nilon.
Tongkol jagung sebagian besar tersusun
oleh selulosa (41%), hemiselulosa (36%),
lignin (6%), dan senyawa lain yang umum
terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1). Aktivasi
terhadap adsorben mengarah pada aktivasi
gugus hidroksil pada selulosa, sehingga
kemampuannya menjerap zat warna maupun
ion logam meningkat (Igwe et al. 2005).
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen
%
Air
9.6
Abu
1.5
Hemiselulosa
36.0
Selulosa
41.0
Lignin
6.0
Pektin
3.0
Pati
0.014
Sumber: Lorenz & Kulp (1991).
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati
hampir 60% komponen penyusun struktur
tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus
homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β─
(1,4). Selulosa banyak terdapat pada dinding
sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
ABSTRAK
SARI SULISTYAWATI. Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat
Pb(II). Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUCHAMMAD SRI
SAENI.
Logam berat yang dihasilkan dari beberapa proses industri banyak menimbulkan
masalah lingkungan. Upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini
di antaranya metode fisikokimia, tetapi metode ini tidak efektif pada konsentrasi logam 1100 ppm. Beberapa produk samping pertanian berpotensi sebagai adsorben, salah satunya
adalah tongkol jagung. Pada penelitian ini, tongkol jagung yang digunakan sebagai
adsorben Pb(II) telah dimodifikasi dengan asam nitrat 0.6M dan impregnasi NaOH 0.1N.
Parameter yang diujikan adalah waktu kontak, bobot adsorben, konsentrasi awal logam,
dan pH. Kondisi optimum yang diperoleh untuk adsorben tanpa modifikasi pada
parameter adalah 120 menit, 0.50 g, 15 ppm, dan pH 5.00. Kondisi optimum untuk
adsorben modifikasi ialah 120 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 5.50. Arang aktif yang
digunakan sebagai pembanding kapasitas adsorpsi, memiliki kondisi optimum sebagai
berikut 150 menit, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Pada pengujian larutan tunggal,
kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi, dengan modifikasi, dan arang
aktif, berturut-turut sebesar 1362.11, 2274.60, dan 2908.07 µg/g adsorben. Kapasitas
adsorpsi Pb(II) oleh ketiga jenis adsorben pada limbah industri aki, berturut-turut ialah
21.73, 121.71, dan 485.11 µg/g adsorben. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis
adsorben adalah isoterm Langmuir dengan linearitas >90%.
ABSTRACT
SARI SULISTYAWATI. Corncob Modification as Pb(II) Heavy Metal Adsorbent.
Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUCHAMMAD SRI SAENI.
Heavy metals contamination from industrial process causes environment problem.
Several efforts to surmount heavy metal pollution is by physical-chemical method, but
this method uneffective at concentration 1-100 ppm. Some agriculture waste biomass can
be used as adsorbent, such as corncob. In this research, corncob modification with nitric
acid 0.6M and impregnation with NaOH 0.1N were used to remove Pb(II). Adsorption
was carried out with variations of contact time, adsorbent weight, initial concentration,
and pH. The optimum contact time, adsorbent weight, initial concentration, and pH for
unmodified adsorbent were 120 minutes, 0.50 g, 15 ppm, and pH 5.00, respectively. On
the other hand, for base-impregnated acid modified adsorbent were 120 minutes, 0.25 g,
15 ppm, dan pH 5.50. The results were compared with metal ion adsorption by
commercial activated carbon. The optimum condition for activated carbon was at 150
minutes, 0.25 g, 15 ppm, dan pH 6.00. Lead(II) adsorption capacity by unmodified
adsorbent, base-impregnated acid modified adsorbent, and activated carbon in single
solution were 1362.11, 2274.60, and 2908.07 µg/g adsorbent, respectively. Application of
three kinds of adsorbent toward electroplating industrial waste showed an adsorption
capacity of 21.73, 121.71, and 485.11 µg/g adsorbent, respectively. Isotherm type for all
kinds of adsorbent followed Langmuir isotherm, with high linearity (>90%).
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008
Judul
Nama
NIM
: Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II)
: Sari Sulistyawati
: G44203023
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Prof. Dr. Ir. MS Saeni, MS
NIP 130 256 339
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim…
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi
Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II), yang dilaksanakan pada bulan
November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan
Lingkungan, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita, S.Si, M.Si. dan (alm.)
Bapak Prof. Dr. Ir. Muhamad Sri Saeni, MS selaku pembimbing yang telah memberikan
masukan dan pengarahan kepada penulis. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada
Ayah, Ibu, Dwi, dan Priya atas doa dan dukungannya. Ucapan terima kasih juga
disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB, Ibu Ai, Bapak Nano, Bapak Mail,
Bapak Eman, Bapak Didi, Bapak Syawal, dan Mas Heri atas bantuannya. Saya haturkan
banyak terima kasih kepada Nova, Lia, Dany, Kak Angga, Kak Fahrizal, dan Kak Budi
atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian.
Akhir kata, penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca.
Amin.
Bogor, April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari
tiga bersaudara, putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan
melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI).
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB.
Periode kepengurusan 2003/2004 dan 2004/2005 penulis menjadi staf di Departemen
Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika)
IPB. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar, Kimia Fisik Layanan, dan
Kimia Lingkungan pada periode 2006/2007. Selain itu, penulis juga aktif mengikuti
seminar-seminar, baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan
di IPB.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
viii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
ix
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung ...............................................................................................................
Selulosa .............................................................................................................
Adsorpsi ............................................................................................................
Modifikasi Adsorben .......................................................................................
Isoterm Adsorpsi Freundlich ..........................................................................
Isoterm Adsorpsi Langmuir .............................................................................
Timbel (Pb) ......................................................................................................
Arang Aktif ....................................................................................... ...............
1
1
2
2
2
3
3
3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
3
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung ................................................................................
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi ............................................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi ..........................................................
Kondisi Optimum Arang Aktif .........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal ...............................................................................
Adsorpsi Limbah Industri Aki .........................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
5
5
6
7
8
9
10
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
12
12
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
12
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung.....................................................................................................
1
2 Kondisi optimum ATM, AM, dan AA......................................................................
9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Rumus Haworth selulosa ......................................................................................
2
2
Adsorben tanpa modifikasi (a), adsorben modifikasi (b), dan arang aktif (c) ......
5
3
Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ..............
6
4
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi ...................................................................................................
6
Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben tanpa modifikasi ....................................................................................
7
6
Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .
7
7
Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............................
7
8
Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi .....
8
9
Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ............
8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
adsorben modifikasi ..............................................................................................
8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif............................................
8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif ......................
9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif ............................
9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh
arang aktif .............................................................................................................
9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif ....................................................................
10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi,
adsorben modifikasi, dan arang aktif .................................................................... .
10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi ...........
11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .........
11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi.....................
11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi ..................
11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ....................................
11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif ..................................
11
5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Bagan alir penelitian .............................................................................................
15
2
Kadar air tongkol jagung .....................................................................................
16
3
Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam
Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif). .................................................................................
16
Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi, dan arang aktif) ..................................................................................
17
Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II)
(adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan arang aktif) .....................
17
Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum ......................
18
Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi, adsorben modifikasi, dan
arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum..........................
18
Komposisi limbah aki ...........................................................................................
18
10 Reaksi pengolahan aki ..........................................................................................
18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi .......................................................
19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi .................................................................
19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi
logam Pb(II) oleh arang aktif ................................................................................
20
4
5
6
7
8
9
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan
merupakan salah satu masalah besar dunia.
Peningkatan kadar logam berat menyebabkan
keracunan pada tanah, udara, dan air. Proses
industri dan urbanisasi memegang peranan
penting terhadap kontaminasi tersebut.
Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi
pencemaran logam berat ini, di antaranya
dengan metode fisikokimia seperti presipitasi
kimia, osmosis balik, dan pertukaran ion
(Suhendrayatna 2001). Akan tetapi metode
tersebut memiliki kelemahan, yaitu tidak
efektif pada konsentrasi larutan ion logam
1─100 ppm. Metode lain yang dapat
digunakan
adalah
adsorpsi
dengan
menggunakan adsorben, seperti arang aktif
dan zeolit. Kumar (2006) menyatakan bahwa
beberapa hasil samping pertanian, seperti
gabah padi dan kulit kacang dapat
dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI). Selain
itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit
jeruk dan tangkai bunga matahari dapat
menjerap logam Cu(II). Untuk itu, diharapkan
muncul adsorben alternatif yang mampu
bersaing dengan adsorben komersial seperti
arang aktif.
Jagung merupakan salah satu jenis
tanaman pangan biji-bijian. Produksi jagung
di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan
peningkatan. Pada tahun 2004 sebesar 11.22
juta ton, tahun 2005 meningkat menjadi 12.52
juta ton, tahun 2006 mencapai 12.13 juta ton,
dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi
mencapai 14 juta ton (BPS 2007). Tingkat
konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 3.5
juta ton, sedangkan tahun 2007 mencapai 4.1
juta ton.
Penelitian
oleh
Rajawane
(2008)
memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang
mengandung pektin dan selulosa berpotensi
sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah
industri aki dengan kapasitas adsorpsi 724.90
µg/g adsorben. Hal ini diperkuat dengan
penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan
bahwa modifikasi selulosa pada tongkol
jagung mampu menjerap biru metilena dari
limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi
518.07 µg/g adsorben. Pada penelitian
tersebut digunakan asam nitrat untuk
mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida
untuk impregnasi. Hasil-hasil penelitian
tersebut
menunjukkan
bahwa
limbah
pertanian yang mengandung selulosa, seperti
tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu
meningkatkan nilai tambahnya.
Penelitian ini bertujuan memodifikasi
tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan
memanfaatkannya sebagai adsorben. Uji
kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung
tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal
Pb(II) dan limbah industri aki.
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman
pangan dunia yang terpenting, selain gandum
dan padi. Selain sebagai sumber karbohidrat,
jagung juga digunakan sebagai pakan ternak,
diolah menjadi minyak, tepung (dikenal
dengan istilah tepung jagung atau maizena),
furfural, bioetanol, dan bahan baku industri.
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang
dipakai sebagai bahan baku pembuatan
furfural. Furfural banyak digunakan sebagai
pelarut dalam industri pengolahan minyak
bumi, pembuatan pelumas, dan pembuatan
nilon.
Tongkol jagung sebagian besar tersusun
oleh selulosa (41%), hemiselulosa (36%),
lignin (6%), dan senyawa lain yang umum
terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1). Aktivasi
terhadap adsorben mengarah pada aktivasi
gugus hidroksil pada selulosa, sehingga
kemampuannya menjerap zat warna maupun
ion logam meningkat (Igwe et al. 2005).
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen
%
Air
9.6
Abu
1.5
Hemiselulosa
36.0
Selulosa
41.0
Lignin
6.0
Pektin
3.0
Pati
0.014
Sumber: Lorenz & Kulp (1991).
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati
hampir 60% komponen penyusun struktur
tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus
homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β─
(1,4). Selulosa banyak terdapat pada dinding
sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut. Ikatan glikosidik β─(1,4) pada
selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat,
menghasilkan glukosa dan selobiosa. Ikatan
ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim
glikosidase yang terdapat dalam pencernaan
manusia. Rumus Haworth selulosa dapat
dilihat pada Gambar 2.
Isoterm Adsorpsi
CH2OH
OH
O
O
OH
O
OH
O
klorida, dan asam fosfat. Pada penelitian ini
digunakan asam nitrat. Hal ini berdasarkan
penelitian Dewi (2005) yang menyatakan
bahwa modifikasi selulosa pada kulit
singkong dengan asam nitrat memberikan
kapasitas adsorpsi yang lebih besar
dibandingkan dengan modifikasi oleh asam
fosfat.
O
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa.
Adsorpsi
Adsorpsi
merupakan
peristiwa
terakumulasinya partikel pada permukaan.
Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh
permukaan disebut adsorbat dan material
tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben
atau substrat (Atkins 1999).
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis, yaitu
adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika
(fisisorpsi). Pada adsorpsi kimia, suatu
molekul menempel ke permukaan melalui
pembentukan ikatan kimia. Sementara itu
dalam adsorpsi fisika, adsorbat menempel
pada
permukaan
melalui
interaksi
antarmolekul yang lemah.
Faktor-faktor yang memengaruhi proses
adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia
adsorben seperti luas permukaan, ukuran
partikel, dan komposisi kimia. Semakin kecil
ukuran partikel, maka semakin besar luas
permukaan padatan per satuan volume
tertentu, sehingga akan semakin banyak zat
yang diadsorpsi. Faktor lainnya adalah sifat
fisis dan kimia adsorbat, seperti ukuran
molekul dan komposisi kimia, serta
konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins
1999).
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh
larutan asam atau basa, atau dapat juga oleh
perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall
& Mitchell 1996). Modifikasi dengan larutan
asam paling umum digunakan dan terbukti
efektif dalam meningkatkan kapasitas
adsorpsi (Gufta 1998). Larutan asam yang
sering digunakan antara lain asam nitrat, asam
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan
potensial kimia adsorbat di permukaan
adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai
isoterm adsorpsi. Kesetimbangan tercapai jika
laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat
sama dengan laju pelepasannya (Koumanova
& Antova 2002).
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada
tiga macam, yaitu isoterm Freundlich,
Langmuir,
dan
Brenauer-Emmet-Teller
(BET). Isoterm Freundlich dan Langmuir
digunakan untuk gas atau larutan dengan
konsentrasi rendah. Isoterm BET merupakan
modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan
tinggi (Alberty & Silbey 1992).
Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan
perbedaan
energi
pada
tapak
aktif
(Koumanova
& Antova
2002). Model
isoterm ini menganggap bahwa pada semua
tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi
proses adsorpsi di bawah kondisi yang
diberikan. Isoterm Freundlich tidak mampu
memperkirakan adanya tapak-tapak pada
permukaan
yang
mampu
mencegah
tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan.
Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang
mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason
2004).
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai
berikut:
x
= k C 1 / n ................ (1)
m
Persamaan dalam bentuk logaritma:
x
1
log = log k + log C ...... (2)
m
n
dengan:
x
m
C
= jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (µg/g adsorben)
= konsentrasi kesetimbangan
3
k, n
adsorbat dalam larutan setelah
adsorpsi (ppm)
= konstanta empiris
Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh
adsorben terdapat pada permukaan dan
memiliki energi yang sama, serta adsorpsi
bersifat dapat balik (Atkins 1999). Menurut
Ribeiro et al. (2005), isoterm Langmuir
mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi
adalah ekuivalen dan kemampuan partikel
untuk terikat di tapak tersebut tidak
bergantung pada ditempati atau tidak
ditempatinya tempat yang berdekatan. Dengan
kata lain, permukaan adsorpsi digambarkan
homogen.
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai
berikut:
α β C .............. (3)
x
=
m 1 +β C
Konstanta α, β dapat ditentukan dari kurva
hubungan C terhadap C dengan persamaan:
x/m
1
1
C
=
+ C ............. (4)
x/m α β α
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan
logam berat yang terdapat secara alami di
dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam
jumlah kecil melalui proses alami. Unsur Pb
dengan nomor atom 82, bobot atom 207.2
g/mol, dan densitas 11.4 g/cm3 merupakan
logam yang sangat beracun yang dapat
dideteksi hampir pada seluruh benda mati di
lingkungan dan seluruh sistem hayati.
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh
manusia dan masuk ke dalam tubuh, akan
beredar mengikuti aliran darah, diserap
kembali di dalam ginjal dan otak, dan
disimpan di dalam tulang dan gigi. Manusia
menyerap timbel melalui udara, debu, air, dan
makanan.
Sumber utama timbel berasal dari turunan
gugus alkil yang digunakan sebagai bahan
aditif bensin. Timbel secara tidak sengaja juga
terdapat pada makanan dan minuman. Dalam
air minum timbel dapat berasal dari
kontaminasi pipa, solder, dan keran air.
Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan. Sifat racunnya dapat merusak
sistem saraf, sistem reproduksi, hati, otak, dan
memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989).
Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang
direkomendasikan oleh WHO bagi orang
dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah
50 dan 25 µg/kg bobot badan. Mobilitas
timbel di tanah dan tumbuhan cenderung
lambat dengan kadar normal pada tumbuhan
berkisar 0.5─3 ppm (Suhendrayatna 2001).
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang
dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas
permukaan dalam yang sangat besar. Struktur
amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar,
disusun oleh atom-atom karbon yang terikat
secara kovalen dalam suatu tapak heksagon
(Djatmiko et al. 1985). Pori-pori dalam arang
biasanya diisi oleh tar, hidrokarbon, dan zatzat organik lainnya yang terdiri dari fixed
carbon, abu, air, serta senyawaan yang
mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren
1986).
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang
mengandung karbon. Sumber bahan baku
yang dapat digunakan antara lain kayu, ampas
tebu, tempurung kelapa, tongkol jagung,
tulang, dan batu bara. Suhu aktivasi pada
arang berkisar 300─900 °C bergantung pada
cara pengaktifannya. Aktivasi arang dapat
juga dilakukan pada suhu 1000 °C dengan
cara kimiawi. Ukuran pori dari arang aktif
dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu
makro, meso, dan mikro. Makropori memiliki
ukuran diameter pori sebesar 1000─100 000
Ǻ, mesopori memiliki diameter 100─1000 Ǻ,
dan mikropori memiliki diameter kurang dari
100 Ǻ. Luas permukaan arang aktif pada
umumnya berkisar dari 850─3000 m2/g
(Djatmiko et al. 1985).
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah
tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari
Cisarua, HCl 0.1N, NaOH 0.1N, HNO3 0.6N,
Pb(NO3)2 20 ppm, dan air deionisasi.
Alat-alat
yang
digunakan
adalah
spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi
Z-5000, pH meter D-51 Horiba, neraca
analitik Kern ALJ 220-4, shaker Heidolph
4
Titramax 101, oven, eksikator, hot plate
Nuova Thermolyne, ayakan ukuran 100 mesh,
dan peralatan kaca.
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan
menggunakan asam nitrat dan impregnasi
natrium hidroksida. Kondisi optimum
ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan
tunggal dan limbah industri. Diagram alir
penelitian selengkapnya dapat dilihat pada
Lampiran 1.
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi
dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu
ditambahkan 660 ml asam nitrat 0.6N.
Campuran dikocok sambil dipanaskan pada
suhu 40 oC selama 3 jam, kemudian disaring.
Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50
o
C selama 24 jam, kemudian suhu dinaikkan
menjadi 180 oC lalu didinginkan. Setelah itu,
direndam dalam air deionisasi panas untuk
menghilangkan kelebihan asam dan kembali
dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam
(Marshall et al. 1999). Hasil ini selanjutnya
disebut adsorben termodifikasi asam nitrat.
Preparasi Tongkol Jagung
Impregnasi NaOH
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih,
setelah itu dikeringudarakan dalam oven,
digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh
(Horsfall et al. 2003). Serbuk tongkol jagung
ini selanjutnya disebut adsorben tanpa
modifikasi.
Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci,
ditimbang sebanyak 1 g. Setelah itu,
ditempatkan dalam cawan petri yang telah
dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui
bobot tetapnya. Cawan petri berisi sampel lalu
dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 3 jam dan didinginkan. Setelah dingin,
disimpan dalam eksikator lalu ditimbang.
Pengeringan dilakukan beberapa kali selama
± 30 menit sampai diperoleh bobot tetap.
Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan.
Kadar air dihitung sebagai berikut:
Kadar air =
a −b
× 100% ........ (5)
c
dengan:
a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g)
b = bobot sampel dan cawan petri sesudah
dikeringkan (g)
c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g)
Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat
dengan cara melarutkan 31.28 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga
satu liter.
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat
dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu
ditambahkan 2 L NaOH 0.1N. Campuran
dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan
pada suhu 80 oC kemudian disaring dan
filtratnya dibuang. Setelah itu, residu dicuci
dengan menggunakan air deionisasi sebanyak
dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa,
sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu
50 oC selama 24 jam (Marshall et al. 1999).
Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut
adsorben modifikasi.
Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke
dalam 50 ml larutan logam dengan
konsentrasi 15 ppm, kemudian suspensi
dikocok dengan shaker. Adsorpsi dilakukan
dengan ragam waktu adsorpsi 30, 60, 90, dan
120 menit. Waktu optimum ditentukan dengan
menghitung kapasitas adsorpsi maksimum
untuk ketiga jenis adsorben, yaitu adsorben
tanpa modifikasi, dengan modifikasi, dan
arang aktif.
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan
persamaan:
V (Co − C a ) ........ (6)
Q=
m
dengan:
Q
= kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (µg/g adsorben)
V
= volume larutan (ml)
Co
= konsentrasi awal larutan (ppm)
Ca
= konsentrasi akhir larutan (ppm)
m
= massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan
adalah 0.25, 0.50, 0.75, dan 1.0 g. Masingmasing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan
logam 15 ppm kemudian dikocok dengan
shaker. Adsorpsi ini dilakukan pada waktu
optimum.
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh
dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam.
Kemudian larutan dikocok dengan shaker
selama waktu optimum. Ragam konsentrasi
logam yang digunakan adalah 5.0, 10.0 dan
15.0 ppm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen,
dibersihkan dengan air mengalir dan air
deionisasi. Tujuannya ialah untuk mengurangi
kotoran
yang
melekat
dan
ion-ion
pengganggu. Adsorben yang dihasilkan dari
tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a
dan 3b. Sebagai pembanding kapasitas
adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah
dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar
3c).
pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh
ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi
50 ml larutan logam dengan konsentrasi
optimum pada pH 5.0, 5.5, 6.0, dan 6.5.
Campuran dikocok selama waktu optimum
adsorpsi, kemudian disaring dan diukur.
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben
Tanpa Modifikasi, Modifikasi, dan Arang
Aktif
Adsorben tanpa modifikasi, dengan
modifikasi, dan arang aktif diujikan dalam
larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki
PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap
adsorben.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang, waktu
optimum, bobot optimum, dan pH optimum.
Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada
beberapa konsentrasi, yaitu 1, 5, 10, 25, 50,
dan 100 ppm, dimasukkan ke dalam
Erlenmeyer 250 ml. Kemudian ditambahkan
adsorben, dan larutan dikocok dengan
menggunakan shaker. Larutan disaring
dengan menggunakan kertas saring. Filtratnya
kemudian dianalisis dengan spektrofotometer
serapan atom (SSA). Blangko juga disiapkan
dan dianalisis.
(a)
(b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a),
dengan modifikasi (b), dan
arang aktif (c).
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian
Sunarya
(2005),
karena
memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi.
Ukuran partikel adsorben adalah salah satu
faktor yang memengaruhi adsorpsi. Pada
metode tumpak, ukuran butir adsorben yang
semakin kecil akan meningkatkan luas
permukaan (Demirbas et al. 2004).
Kadar air rerata yang diperoleh adalah
9.71% (Lampiran 2). Menurut Lorenz dan
Kulp (1991), tongkol jagung memiliki kadar
air sebesar 9.60%. Kandungan air yang terlalu
tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu
adsorben
tongkol
jagung
selama
penyimpanan. Tempat penyimpanan yang
kering dan terlindung dari kontak udara
langsung dapat menghindari penggumpalan
dan menjaga kelembapan adsorben, sehingga
jamur tidak dapat tumbuh. Kadar air yang
terdapat dalam adsorben tongkol jagung
dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara,
lamanya proses penjemuran, penggilingan,
dan pengayakan.
Parameter
yang
digunakan
untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu