3
100 rpm. Percobaan dilakukan dengan variasi waktu kontak 15, 30, 60, 90, dan 120
menit. Larutan disaring dan konsentrasi ion logam pada filtrat ditentukan dengan AAS.
Hal yang sama dilakukan untuk ion logam CuII.
2.2.5 Pengaruh massa biosorben Ke
dalam erlenmeyer
dimasukkan biosorbent ukuran partikel 150 µm dengan
massa 0,1; 0,3; 0,6; 0,9 dan 1,2 gram dan ditambahkan 25 mL
larutan ion logam PbII dengan konsentrasi optimum. Percobaan
dilakukan pada pH dan waktu kontak optimum dengan kecepatan pengadukan
100 rpm. Larutan disaring dan konsentrasi ion logam pada filtrat ditentukan dengan
AAS. Hal yang sama dilakukan untuk ion logam CuII.
2.2.6 Pengaruh kecepatan pengadukan Percobaan dilakukan pada pH optimum. Ke
dalam erlenmeyer dimasukkan 0,3 g biosorben
dengan ukuran partikel 150 µm dan ditambahkan 25 mL
larutan ion logam PbII
dengan konsentrasi
optimum. Pengadukan dilakukan dengan variasi
kecepatan 30, 50, 100, dan 150 rpm dengan waktu kontak optimum. Larutan disaring
dan konsentrasi ion logam pada filtrat ditentukan dengan AAS. Hal yang sama
dilakukan untuk ion logam CuII.
2.2.7 Aplikasi kondisi optimum pada sampel air Sampel air diambil dari air sungai Batang
Arau kota Padang. Sampel disaring terlebih dahulu untuk memisahkan partikel-partikel
padat. 25 mL sampel dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan diatur pH optimum
penyerapannya,
serbuk kulit
jengkol dengan massa optimum ditambahkan ke
dalamnya, kemudian diaduk selama waktu optimum dengan kecepatan optimum.
III. Hasil dan Pembahasan 3.1. Pengaruh pH larutan terhadap penyerapan
logam
pH larutan merupakan faktor utama yang mempengaruhi penyerapan ion PbII dan
CuII oleh kulit jengkol karena pH menentukan muatan permukaan adsorben
dan tingkat ionisasi adsorbat. Percobaan dilakukan pada pH 2
– 7 untuk mengetahui pengaruh pH terhadap kemampuan kulit
jengkol dalam menyerap ion PbII dan CuII.
Gambar 1. Pengaruh pH
larutan terhadap
kapasitas penyerapan ion logam PbII dan CuII, konsentrasi awal
20 mgL selama 90 menit dengan massa biosorben 0,3 g pada kecepatan
pengadukan 100 rpm
Gambar 1 memperlihatkan penyerapan ion PbII dan CuII oleh kulit jengkol.
Kapasitas penyerapan ion PbII dan CuII kecil pada pH 2, namun meningkat dengan
naiknya pH larutan dan peningkatan paling tajam terlihat antara pH 2 dan 3 untuk
kedua ion logam. Pada pH rendah permukaaan kulit jengkol jenuh oleh proton
H
+
karena konsentrasi proton H
+
yang tinggi dalam larutan. Hal ini menghalangi
pengikatan kation pada sisi aktif biosorben yang menyebabkan berkurangnya kapasitas
penyerapan. Peningkatan pH menyebabkan muatan permukaan biosorben lebih negatif
sehingga ion logam terserap lebih banyak karena adanya gaya tarik menarik antara
kation dan gugus fungsi pada biosorben. Bentuk utama timbal pada pH 3-5 adalah
Pb
2+
, PbNO
3 +
dan PbNO
3 2aq
sementara PbOH
2
mulai terbentuk pada pH 6,3.
11
Pada pH 4-5 terdapat dua bentuk ion CuII [Cu
2+
, CuOH
+
] dan CuOH
2
mulai terbentuk pada pH 5.
12
Oleh karena itu kedua ion logam terserap efektif pada pH 3-
6. Besarnya kapasitas penyerapan kedua ion
4
logam pada pH 7 bukan disebabkan oleh proses
penyerapan melainkan
karena terjadinya
pengendapan PbOH
2
dan CuOH
2
. Kapasitas penyerapan maksimum terjadi pada pH 3 dan 5 untuk ion PbII dan
CuII yaitu sebesar 1,6667 mgg dan 1,5860 mgg.
pH larutan yang tinggi dapat menyebabkan pengendapan dari hidroksida logam.
3
Untuk memastikan
tidak adanya
gangguan pengendapan
logam pada
proses penyerapan, maka pH 4 dipilih untuk
percobaan ion CuII selanjutnya. pH optimum yang didapatkan sesuai dengan
beberapa penelitian sebelumnya mengenai penyerapan ion PbII dan CuII dengan
berbagai biomaterial.
13,14,15
3.2. Pengaruh konsentrasi ion logam terhadap penyerapan logam
Pengaruh konsentrasi ion logam dipelajari dengan memvariasikan konsentrasi kedua
ion logam. Hasil biosorpsi dengan variasi konsentrasi diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh konsentrasi larutan
terhadap kapasitas penyerapan ion logam PbII pada pH 3 dan
CuII pada pH 4 waktu kontak 90 menit, massa biosorben 0,3 g,
kecepatan pengadukan 100 rpm
Dari Gambar 2 terlihat bahwa kapasitas penyerapan meningkat dengan peningkatan
konsentrasi ion PbII dan CuII, berkurang setelah mencapai konsentrasi optimum.
Kondisi ini sesuai dengan penelitian- penelitian
sebelumnya. Kapasitas
penyerapan ion PbII pada biomassa H. Indicus
yang diimobilisasi semakin besar dari
konsentrasi 25-6000
mgL.
16
Konsentrasi ion PbII dan CuII yang semakin besar memberikan gaya dorong
yang lebih besar untuk perpindahan ion logam dari larutan ke sisi aktif kulit jengkol,
sehingga kapasitas penyerapan meningkat. Konsentrasi yang tinggi juga memperbesar
tumbukan baik antara ion logam dengan biosorben
ataupun antar
sesamanya. Terjadinya
pengurangan kapasitas
penyerapan menandakan telah terjadinya kejenuhan pada sisi aktif kulit jengkol.
Kapasitas penyerapan maksimum dicapai pada konsentrasi ion PbII 4000 mgL
sebesar 99,58 mgg dan pada konsentrasi ion CuII 3000 mgL sebesar 50,7 mgg.
Kapasitas penyerapan ion PbII lebih tinggi dibanding ion CuII. Hal ini mungkin
karena logam timbal memiliki jari-jari atom yang lebih besar dibanding tembaga.
Besarnya jari-jari atom timbal menyebabkan elektron-elektronnya lebih mudah lepas
akibatnya timbal semakin elektropositif. Timbal memiliki kemampuan besar untuk
membentuk ikatan koordinasi dengan gugus-gugus
fungsi kulit
jengkol. Sebaliknya, kemampuan tembaga lemah
untuk berikatan dengan gugus fungsi karena
tembaga kurang
elektropositif dibanding timbal. Telah dilaporkan bahwa
kapasitas penyerapan ion PbII pada daun Gmelina arborea
lebih besar daripada kapasitas penyerapan ion CuII.
17
3.3. Pengaruh waktu
kontak terhadap
penyerapan logam Pengaruh
waktu kontak
terhadap penyerapan ion PbII dan CuII pada kulit
jengkol dapat dilihat pada Gambar 3. Dari Gambar 3 terlihat bahwa kapasitas
penyerapan optimum ion PbII diperoleh pada waktu kontak 30 menit yaitu sebesar
116,67 mgg.
Sementara penyerapan
optimum ion CuII pada waktu kontak 90 menit dengan kapasitas penyerapan 50,7
mgg. Hasil yang sama untuk penyerapan ion PbII dan CuII oleh biomaterial yang
berbeda telah dilaporkan pada beberapa literatur.
17-20
Setelah mencapai
waktu
5
optimum, kapasitas penyerapan kedua ion logam
berkurang. Pada
permulaan penyerapan, sejumlah besar sisi aktif yang
Gambar 3. Pengaruh waktu kontak terhadap
kapasitas penyerapan ion logam PbII pada pH 3; konsentrasi awal
4000 mgL dan CuII pada pH 4; konsentrasi awal 3000 mgL massa
biosorben
0,3 g,
kecepatan pengadukan 100 rpm
kosong tersedia untuk terjadinya proses penyerapan. Semakin lama adsorbat kontak
dengan adsorben, semakin banyak jumlah ion PbII dan CuII yang terserap pada
permukaan kulit jengkol, akibatnya sisi aktif yang tersedia menjadi berkurang. Adsorbat
membentuk suatu lapisan tipis pada permukaan biosorben. Ketika monomolekul
ini
menutupi permukaan
biosorben, kapasitas biosorben untuk menyerap logam
menjadi berkurang.
21
Pengurangan kapasitas penyerapan dengan peningkatan
waktu mungkin juga disebabkan oleh pelepasan kembali ion logam yang telah
terikat pada adsorben mengingat ikatan antara ion logam dengan kulit jengkol.
3.4. Pengaruh massa
biosorben terhadap
penyerapan logam Hubungan antara massa kulit Pithecellobium
jiringa dengan kapasitas penyerapan ion
PbII dan CuII diperlihatkan pada Gambar 4.
Jumlah ion PbII yang terikat per g biosorben berkurang dengan peningkatan
jumlah biosorben dari 0,1 g sampai 1,2 g. Sementara nilai Q ion CuII sedikit
meningkat dengan peningkatan massa
Gambar 4. Pengaruh massa biosorben terhadap
kapasitas penyerapan ion logam PbII pada pH 3; konsentrasi awal
4000 mgL; waktu kontak 30 min dan CuII pada pH 4; konsentrasi
awal 3000 mgL; waktu kontak 90 min kecepatan pengadukan 100
rpm
biosorben 0,1 g ke 0,3 g. Penyerapan maksimum ion PbII sebesar 222,5 mgg
dicapai pada penggunaan 0,1 g kulit jengkol. Sedangkan ion CuII memerlukan
0,3 g kulit jengkol untuk mendapatkan kapasitas penyerapan maksimum sebesar
50,7 mgg. Untuk kedua ion logam, kapasitas penyerapan berkurang setelah
massa biosorben optimum. Penurunan
kapasitas penyerapan
disebabkan oleh semakin banyak sisa sisi aktif yang tidak jenuh selama proses
adsorbsi artinya jumlah sisi-sisi yang tersedia
untuk pengikatan
meningkat dengan peningkatan jumlah biosorben.
27
Apabila digunakan dalam jumlah yang lebih banyak maka biosorben tersebut akan
membentuk gumpalan-gumpalan
yang menyebabkan
berkurangnya luas
permukaan biosorben.
20
Kondisi yang sama juga
dilaporkan beberapa
penelitian sebelumnya mengenai penyerapan ion
PbII dan
CuII dengan
berbagai biomaterial.
19,23
6
50 100
150 200
50 100
150 200
250 300
350 400
PbII CuII
Kecepatan pengadukan rpm K
a p
a s
ita s
p e
n y
e ra
p a
n m
g g
3.5. Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap penyerapan logam
Kecepatan pengadukan
sangat mempengaruhi penyerapan ion logam oleh
biosorben. Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap penyerapan ion logam dipelajari
dengan memvariasikan
kecepatan pengadukan; 30, 50, 100 dan 150 rpm. Hasil
penyerapan ion logam PbII dan CuII dengan variasi kecepatan pengadukan
diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Pengaruh kecepatan pengadukan
terhadap kapasitas penyerapan ion logam
PbII pada
pH 3;
konsentrasi awal 4000 mgL; waktu kontak 30 min; massa biosorben 0,1
g dan CuII pada pH 4; konsentrasi awal 3000 mgL; waktu kontak 90
min; massa biosorben 0,3 g
Dari Gambar 5 terlihat bahwa kapasitas penyerapan ion PbII dan CuII berkurang
dengan peningkatan
kecepatan pengadukan.
Kapasitas penyerapan
maksimum kedua ion logam terjadi pada kecepatan pengadukan 30 rpm. Hal ini
mungkin berkaitan
dengan besarnya
konsentrasi dan afinitas kedua ion logam dengan sisi-sisi aktif pada kulit jengkol
yang memungkinkan terjadinya proses pembentukan ikatan yang cepat hanya pada
pengadukan yang lambat. Peningkatan
kecepatan pengadukan
menyebabkan terjadinya desorpsi ion logam yang mengakibatkan menurunnya kapasitas
penyerapan. Pengaruh
kecepatan pengadukan terhadap penyerapan ion
logam bervariasi, hal ini tergantung pada karakteristik sorben.
24
3.6. Model kesetimbangan biosorpsi Distribusi absorbat antara fase cair dan fase
padat dapat dinyatakan melalui model kesetimbangan
biosorpsi. Data
kesetimbangan penyerapan ion PbII dan dan CuII oleh kulit jengkol dianalisa
dengan Isotherm Langmuir dan Freundlich. Isoterm
Langmuir ditentukan
dengan persamaan:
1 Isoterm Freundlich ditentukan dengan
persamaan:
2 Dimana
mgg, jumlah logam yang terserap per unit sorben;
mgg, kapasitas
penyerapan maksimum;
Lmg, konstanta Langmuir; mgL,
konsentrasi akhir ion logam; dan
, konstanta Freundlich. Konstanta
dan dihitung dari slope dan intercept dengan
memplot 1 versus 1 Ce Gambar 6.
Plot log versus log Ce Gambar 7
digunakan untuk menentukan konstanta Freundlich,
and . Gambar
6 menyatakan
plot Isoterm
Langmuir pada variasi konsentrasi ion PbII dan ion CuII. Konstanta Q
m
dan K
L
diuraikan pada Tabel 1. Nilai Q
m
menyatakan kapasitas
penyerapan maksimum ion PbII dan CuII per unit
kulit jengkol mg g ─ jumlah total sisi aktif
yang tersedia untuk penyerapan. Nilai K
L
menyatakan afinitas antara sorben dan sorbat. Dari tabel dapat dilihat bahwa nilai
kapasitas penyerapan maksimum Q
m
ion PbII lebih besar dari ion CuII. Namun hal
ini bukan berarti penyerapan ion PbII lebih bagus daripada ion CuII karena nilai K
L
ion PbII yang lebih kecil menandakan afinitas antara ion PbII dengan kulit
jengkol lebih rendah daripada afinitas ion CuII.
7
Gambar 6. Isoterm Langmuir untuk penyerapan:
a PbII,
b CuII.
Kondisi percobaan: PbII pada pH 3, CuII
pH 4, massa biosorben 0,3 g selama 90 menit dengan kecepatan pengadukan
100 rpm.
Gambar 7
menyatakan plot
Isoterm Freundlich pada variasi konsentrasi ion
PbII dan CuII. Konstanta K
f
dan 1n diuraikan pada Tabel 1. Dari tabel nilai 1n
untuk ion PbII adalah 0,3903 dan 0,4069 untuk ion CuII. Sebagaimana nilai 0,1
1n 1, dapat dinyatakan bahwa ion PbII dan ion CuII terserap dengan baik pada
percobaan variasi konsentrasi.
Gambar 7. Isoterm Freundlich untuk penyerapan
: a PbII, b CuII. Kondisi percobaan: PbII pada pH 3, CuII
pH 4, massa biosorben 0,3 g selama 90 menit dengan kecepatan pengadukan
100 rpm.
8
Nilai koefisien determinasi R
2
kedua model isoterm Tabel 1 memperlihatkan
bahwa percobaan ini cenderung mengikuti isoterm
Langmuir daripada
Isoterm Freundlich. Hal ini menyatakan bahwa sisi
aktif tersebar homogen pada kulit jengkol dimana ion PbII dan CuII menutupi
permukaan sorben dengan membentuk satu lapisan monolayer dan terikat pada sisi aktif
kulit jengkol secara kimia. Separation factor
R
L
dan surface coverage Ɵ
merupakan parameter dari analisis lanjutan persamaan Langmuir. Nilai R
L
menyatakan tipe isotherm berdasarkan karakteristik
penyerapan. Fraksi permukaan biosorben yang dilapisi oleh ion logam dipelajari dari
plot Ɵ vs konsentrasi. Nilai R
L
dihitung dengan persamaan:
3 Nilai
Ɵ dihitung dengan persamaan: 4
Dimana , faktor pemisahan;
Lmg, konstanta
Langmuir; mgL,
konsentrasi awal ion logam. Nilai R
L
dan Ɵ pada variasi konsentrasi ion
PbII dan CuII dinyatakan pada Gambar 8a dan Gambar 8b. Nilai R
L
untuk kedua ion
Tabel 2. Perbandingan kapasitas penyerapan maksimum ion PbII dan CuII dengan berbagai biosorben
Gambar 8. Plot faktor pemisahan R
L
a; penutupan permukaan
Ɵ b terhadap konsentrasi ion logam
PbII dan CuII
9
logam Gambar 8a berada dalam range 0−1, hal ini menyatakan bahwa kulit jengkol
merupakan biosorben yang efektif untuk penyerapan ion PbII dan CuII pada
konsentrasi rendah. Nilai R
L
semakin kecil pada konsentrasi lebih tinggi yang berarti
bahwa ion logam PbII dan CuII dengan konsentrasi yang tinggi terserap dengan
baik pada kulit jengkol. Nilai Ɵ semakin
besar dengan meningkatnya konsentrasi kedua ion logam Gambar 8b. Peningkatan
konsentrasi ion logam menyebabkan semakin
banyaknya permukaan
kulit jengkol yang dilapisi oleh ion logam.
Pada konsentrasi yang tinggi nilai Ɵ
mengalami sedikit peningkatan. Hal ini mengindikasikan bahwa permukaan kulit
jengkol hampir seluruhnya dilapisi oleh ion logam PbII dan CuII.
Tabel 2 memperlihatkan perbandingan kapasitas penyerapan Qmax; mgg ion
PbII dan CuII oleh kulit jengkol dengan berbagai biosorben yang telah dilaporkan
pada literatur.
21-33
Dapat disimpulkan bahwa kemampuan kulit jengkol sebagai
bahan penyerap ion PbII dan CuII cukup bagus.
3.7. Analisa FTIR
Spektrum FTIR kulit jengkol sebelum dan sesudah penyerapan ion PbII digunakan
untuk menentukan jenis gugus fungsi yang terdapat pada kulit jengkol serta melihat
perubahan intensitas dari gugus-gugus fungsi tersebut setelah penyerapan ion
PbII. Spektrum diukur pada range angka gelombang 400 - 4000 cm
-1
dan hasilnya dinyatakan
pada Gambar
9. Gugus
karboksil menunjukkan serapan −C=O muncul pada 1630 cm
-1
Gambar 9a dan 1626 cm
-1
Gambar 9b dan absorbsi −OH yang muncul sebagai pita lebar pada 3455
cm
-1
Gambar 9a dan 3451 cm
-1
Gambar 9b. Pita pada 1036 cm
-1
Gambar 9a dan 1035
Gambar 9b merupakan pita −C−O dari alkohol.
–CH diamati pada 2927 dan 2925 cm
-1
. Gugus sulfonil ditandai dengan
adanya pita S=O yang naik menjadi 1379 cm
-1
setelah penyerapan ion PbII. Analisa FTIR memperlihatkan keberadaan
gugus-gugus fungsi karboksil, hidroksil dan sulfonil yang mengalami per geseran
angka gelombang, hal ini mengindikasikan adanya keterlibatan gugus-gugus ini dalam
pembentukan ikatan dengan ion logam PbII.
Gambar 9. Spektrum FTIR kulit jengkol
sebelum a dan sesudah b penyerapan ion PbII
3.8. Aplikasi pada sampel air Pada aplikasinya, sampel diambil dari
sungai Batang Arau kota Padang. Sebelum diujikan pada kulit jengkol, dilakukan
penelitian pendahulu untuk mengetahui konsentrasi awal ion logam PbII dan CuII
dalam sampel air. Data pengukuran awal sampel air dan konsentrasi logam setelah
diperlakukan
dengan kulit
jengkol ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Data konsentrasi logam PbII dan CuII
dalam air sungai Batang Arau kota Padang
dan setelah
diperlakukan dengan kulit jengkol
Kondisi optimum untuk ion PbII dan CuII diaplikasikan pada sampel air sungai
Batang
Arau kota
Padang untuk
mengurangi konsentrasi kedua ion logam tersebut yang terdapat didalamnya. Hasil
penyerapan dengan menggunakan kulit buah jengkol ditunjukkan pada Gambar 10.
10
Kulit jengkol menyerap 72,28 ion PbII dengan kapasitas penyerapan 0,4775 mgg.
Sementara penyerapan ion CuII pada kulit jengkol memiliki efisiensi penyerapan
95,52 dengan kapasitas penyerapan 0,174 mgg. Besarnya nilai efisiensi penyerapan
pada
kedua ion
logam dikarenakan
konsentrasi ion logam dalam sampel air
Gambar 10. Kurva kapasitas penyerapan ion
logam PbII dan CuII pada sampel Air Muaro, Padang setelah
diperlakukan dengan kulit jengkol. limbah terhitung kecil. Rendahnya kapasitas
penyerapan kedua ion logam mungkin disebabkan oleh adanya logam-logam lain
yang terdapat dalam sampel air sungai Batang Arau kota Padang sehingga terjadi
kompetisi dalam penyerapan.
IV. Kesimpulan
