Penggunaan Biosorben Biji Pepaya Sebagai Penjerap Zat Warna Methyl Orange, Methyl Violet dan Methyl Red
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Keberadaan limbah cair dalam perairan dapat menghalangi sinar matahari
menembus lingkungan akuatik, sehingga mengganggu proses biologis yang terjadi di
dalamnya [1]. Pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh limbah zat warna
akhir-akhir ini terus meningkat. Hal ini terjadi seiring dengan perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi yang menyebabkan banyaknya industri tekstil yang
menggunakan zat warna [2]. Pada umumnya zat warna tersusun dari logam yang
berikatan kompleks dengan senyawa organik, maka jenis adsorben yang paling cocok
digunakan adalah karbon aktif sehingga proses adsorpsi dapat berlangsung dengan
baik [3].
Pencemaran lingkungan akibat dari limbah zat warna tersebut dapat ditangani
dengan cara dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan.
Ada beberapa cara pengolahan limbah industri yang dapat dilakukan, antara lain
secara kimia menggunakan koagulan, secara fisika dengan adsorpsi menggunakan
arang aktif, dan secara biologi menggunakan mikroba. Namun, metode – metode
tersebut memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan limbah secara kimia
menggunakan koagulan akan menghasilkan lumpur dalam jumlah yang relatif besar,
sehingga membutuhkan pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang terbentuk.
Penggunaan arang aktif dalam pengolahan limbah meskipun sangat efektif, tetapi
memerlukan biaya yang cukup tinggi karena harganya relatif mahal, terutama jika
digunakan dalam skala besar atau konsentrasi limbah yang tinggi [4].
Karbon aktif merupakan amorf, yang dapat dihasilkan dari bahan – bahan
yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan secara khusus untuk
mendapatkan permukaan yang lebih luas. Karbon aktif adalah karbon yang
mengalami proses pengaktifan dengan menggunakan bahan pengaktif sehingga pori
– porinya terbuka, luas permukaan karbon menjadi lebih besar, dan kapasitas
adsorpsinya menjadi lebih tinggi. Karbon aktif merupakan adsorben dengan
permukaan lapisan yang luas dengan bentuk butiran (granular) atau serbuk (powder)
[5].
1
Universitas Sumatera Utara
Proses adsorpsi adalah peristiwa tertariknya suatu molekul tertentu dari fluida
(cair atau gas) pada permukaan zat padat (adsorben) [6]. Adsorpsi (penjerapan)
adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke
permukaan zat padat yang menjerap (adsorben). [7].
Dewasa ini sudah banyak dilakukan pengembangan aplikasi adsorben sebagai
penyerapan zat warna dengan menggunakan adsorben dari bahan nabati seperti
limbah jerami padi sebagai adsorben dalam penyerapan logam timbal (II) (Safrianti,
dkk., 2012), adsorpsi zat warna tekstil pada limbah pabrik oleh limbah eceng gondok
(Rahmawati et al., 2003), adsorpsi natrium dengan metode pertukaran ion
menggunakan eceng gondok (Kristianti, 2008), adsorpsi zat warna metilen biru dan
zat warna hijau menggunakan gambut dari Brunei Darussalam (Chieng et al., 2014).
Beberapa penelitian yang memanfaatkan biosorben sebagai penyerapan zat
warna dipaparkan pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Beberapa Hasil Penelitian Terdahulu Tentang Pemanfaatan Adsorben
Sebagai Penyerapan Zat Warna
No.
Tahun
Hasil Penelitian
Referensi
1.
2009
[8]
2.
2012
3.
2012
4.
2014
Hasil yang diperoleh kapasitas adsorbsi
pewarna metilen blue sebesar 769,23 dan
1250 mg/g. Analisa FTIRnya membuktikan
bahwasannya adanya keton tak jenuh, keton
ester, lactone, kuinon dan asam karboksilat.
Hasil yang diperoleh adalah waktu kontak
optimum adalah selama 45 menit dan daya
adsorpsi pada variasi konsentrasi zat warna
methyl red 40 hingga 100 ppm berturut-turut
adalah 0,016; 0,751; 0,7; 1,482; 1,228; 0,566;
dan 0,501 mg/g.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu
adsorpsi maksimum methyl orange dengan
pasir vulkanik adalah 180 menit dan
konsentrasi adsorbat optimum diperoleh pada
konsentrasi 100 ppm dengan daya adsorpsi
sebesar 0,591 mg/g.
Gambut yang diperoleh dari Keramut di
Brunei menunjukkan bahwa kapasitas
adsorpsi tinggi (qmax) untuk menghilangkan
zat warna metilen blue yaitu 0,45 mmol/g dan
0,31 mmol/g untuk zat warna metilen green.
[9]
[10]
[11]
2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Terdahulu Tentang Pemanfaatan Adsorben Sebagai
Penyerapan Zat Warna (lanjutan)
No.
5.
Tahun
2015
Hasil Penelitian
Hasil yang diperoleh adalah pemanasan dapat
meningkatkan kemampuan adsorpsi zat warna
methyl violet pada konsentrasi dibawah 150
mg/L, pH optimum adsorpsi methyl violet
dengan serbuk kayu randu adalah pH 7, dan
waktu kesetimbangan dicapai setelah 10
menit.
Referensi
[12]
Dengan memperhatikan beberapa penelitian tersebut dapat diketahui bahwa
daya serap terhadap zat warna methyl orange, methyl violet dan methyl red cukup
tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian yang memanfaatkan biosorben
dari biji pepaya dalam penyerapan zat warna methyl orange, methyl violet dan methyl
red. Pemanfaatan biji pepaya menjadi biosorben alternatif diharapkan dapat
meningkatkan nilai ekonomis biji pepaya.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana efektivitas
penggunaan biosorben biji pepaya yang paling optimal dalam penyerapan zat warna
methyl orange, methyl violet dan methyl red dengan memvariasikan massa biosorben
dan waktu adsorpsi
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mempelajari pengaruh waktu adsorpsi dan massa biosorben terhadap
kemampuan daya serap zat warna
2. Menentukan kemampuan adsorpsi dari biosorben biji pepaya untuk menyerap
zat warna methyl orange, methyl violet dan methyl red
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut
1. Memberikan informasi tentang pemanfaatan biodorben biji pepaya sebagai
penjerap zat warna
3
Universitas Sumatera Utara
2. Memberikan informasi tambahan bagi dunia pertanian tentang pemanfaatan
biji papaya sebagai biosorben yang bernilai ekonomis.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITAN
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium
Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah
biji pepaya (Carica Papaya) sebagai biosorben dan methyl orange, methyl violet,
methyl red sebagai zat warna yang terserap.
Variabel yang digunakan:
1. Variabel tetap:
a. Ukuran biosorben
: 60 mesh
b. Kecepatan putaran
: 180 rpm
c. Konsentrasi zat warna
: 100 ppm
d. Volume zat warna
: 20 mL
2. Variabel bebas:
a. Waktu adsorpsi
: 20, 30 dan 40 (menit)
b. Massa adsorben
: 0,5, 1,0 dan 1,5 (g)
c. Jenis zat warna
: methyl orange, methyl violet dan
methyl red
Parameter yang dianalisa adalah penentuan daya adsorpsi biosorben sebagai
penjerap zat warna.
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Keberadaan limbah cair dalam perairan dapat menghalangi sinar matahari
menembus lingkungan akuatik, sehingga mengganggu proses biologis yang terjadi di
dalamnya [1]. Pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh limbah zat warna
akhir-akhir ini terus meningkat. Hal ini terjadi seiring dengan perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi yang menyebabkan banyaknya industri tekstil yang
menggunakan zat warna [2]. Pada umumnya zat warna tersusun dari logam yang
berikatan kompleks dengan senyawa organik, maka jenis adsorben yang paling cocok
digunakan adalah karbon aktif sehingga proses adsorpsi dapat berlangsung dengan
baik [3].
Pencemaran lingkungan akibat dari limbah zat warna tersebut dapat ditangani
dengan cara dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan.
Ada beberapa cara pengolahan limbah industri yang dapat dilakukan, antara lain
secara kimia menggunakan koagulan, secara fisika dengan adsorpsi menggunakan
arang aktif, dan secara biologi menggunakan mikroba. Namun, metode – metode
tersebut memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan limbah secara kimia
menggunakan koagulan akan menghasilkan lumpur dalam jumlah yang relatif besar,
sehingga membutuhkan pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang terbentuk.
Penggunaan arang aktif dalam pengolahan limbah meskipun sangat efektif, tetapi
memerlukan biaya yang cukup tinggi karena harganya relatif mahal, terutama jika
digunakan dalam skala besar atau konsentrasi limbah yang tinggi [4].
Karbon aktif merupakan amorf, yang dapat dihasilkan dari bahan – bahan
yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan secara khusus untuk
mendapatkan permukaan yang lebih luas. Karbon aktif adalah karbon yang
mengalami proses pengaktifan dengan menggunakan bahan pengaktif sehingga pori
– porinya terbuka, luas permukaan karbon menjadi lebih besar, dan kapasitas
adsorpsinya menjadi lebih tinggi. Karbon aktif merupakan adsorben dengan
permukaan lapisan yang luas dengan bentuk butiran (granular) atau serbuk (powder)
[5].
1
Universitas Sumatera Utara
Proses adsorpsi adalah peristiwa tertariknya suatu molekul tertentu dari fluida
(cair atau gas) pada permukaan zat padat (adsorben) [6]. Adsorpsi (penjerapan)
adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke
permukaan zat padat yang menjerap (adsorben). [7].
Dewasa ini sudah banyak dilakukan pengembangan aplikasi adsorben sebagai
penyerapan zat warna dengan menggunakan adsorben dari bahan nabati seperti
limbah jerami padi sebagai adsorben dalam penyerapan logam timbal (II) (Safrianti,
dkk., 2012), adsorpsi zat warna tekstil pada limbah pabrik oleh limbah eceng gondok
(Rahmawati et al., 2003), adsorpsi natrium dengan metode pertukaran ion
menggunakan eceng gondok (Kristianti, 2008), adsorpsi zat warna metilen biru dan
zat warna hijau menggunakan gambut dari Brunei Darussalam (Chieng et al., 2014).
Beberapa penelitian yang memanfaatkan biosorben sebagai penyerapan zat
warna dipaparkan pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Beberapa Hasil Penelitian Terdahulu Tentang Pemanfaatan Adsorben
Sebagai Penyerapan Zat Warna
No.
Tahun
Hasil Penelitian
Referensi
1.
2009
[8]
2.
2012
3.
2012
4.
2014
Hasil yang diperoleh kapasitas adsorbsi
pewarna metilen blue sebesar 769,23 dan
1250 mg/g. Analisa FTIRnya membuktikan
bahwasannya adanya keton tak jenuh, keton
ester, lactone, kuinon dan asam karboksilat.
Hasil yang diperoleh adalah waktu kontak
optimum adalah selama 45 menit dan daya
adsorpsi pada variasi konsentrasi zat warna
methyl red 40 hingga 100 ppm berturut-turut
adalah 0,016; 0,751; 0,7; 1,482; 1,228; 0,566;
dan 0,501 mg/g.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu
adsorpsi maksimum methyl orange dengan
pasir vulkanik adalah 180 menit dan
konsentrasi adsorbat optimum diperoleh pada
konsentrasi 100 ppm dengan daya adsorpsi
sebesar 0,591 mg/g.
Gambut yang diperoleh dari Keramut di
Brunei menunjukkan bahwa kapasitas
adsorpsi tinggi (qmax) untuk menghilangkan
zat warna metilen blue yaitu 0,45 mmol/g dan
0,31 mmol/g untuk zat warna metilen green.
[9]
[10]
[11]
2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Terdahulu Tentang Pemanfaatan Adsorben Sebagai
Penyerapan Zat Warna (lanjutan)
No.
5.
Tahun
2015
Hasil Penelitian
Hasil yang diperoleh adalah pemanasan dapat
meningkatkan kemampuan adsorpsi zat warna
methyl violet pada konsentrasi dibawah 150
mg/L, pH optimum adsorpsi methyl violet
dengan serbuk kayu randu adalah pH 7, dan
waktu kesetimbangan dicapai setelah 10
menit.
Referensi
[12]
Dengan memperhatikan beberapa penelitian tersebut dapat diketahui bahwa
daya serap terhadap zat warna methyl orange, methyl violet dan methyl red cukup
tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian yang memanfaatkan biosorben
dari biji pepaya dalam penyerapan zat warna methyl orange, methyl violet dan methyl
red. Pemanfaatan biji pepaya menjadi biosorben alternatif diharapkan dapat
meningkatkan nilai ekonomis biji pepaya.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana efektivitas
penggunaan biosorben biji pepaya yang paling optimal dalam penyerapan zat warna
methyl orange, methyl violet dan methyl red dengan memvariasikan massa biosorben
dan waktu adsorpsi
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mempelajari pengaruh waktu adsorpsi dan massa biosorben terhadap
kemampuan daya serap zat warna
2. Menentukan kemampuan adsorpsi dari biosorben biji pepaya untuk menyerap
zat warna methyl orange, methyl violet dan methyl red
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut
1. Memberikan informasi tentang pemanfaatan biodorben biji pepaya sebagai
penjerap zat warna
3
Universitas Sumatera Utara
2. Memberikan informasi tambahan bagi dunia pertanian tentang pemanfaatan
biji papaya sebagai biosorben yang bernilai ekonomis.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITAN
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium
Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah
biji pepaya (Carica Papaya) sebagai biosorben dan methyl orange, methyl violet,
methyl red sebagai zat warna yang terserap.
Variabel yang digunakan:
1. Variabel tetap:
a. Ukuran biosorben
: 60 mesh
b. Kecepatan putaran
: 180 rpm
c. Konsentrasi zat warna
: 100 ppm
d. Volume zat warna
: 20 mL
2. Variabel bebas:
a. Waktu adsorpsi
: 20, 30 dan 40 (menit)
b. Massa adsorben
: 0,5, 1,0 dan 1,5 (g)
c. Jenis zat warna
: methyl orange, methyl violet dan
methyl red
Parameter yang dianalisa adalah penentuan daya adsorpsi biosorben sebagai
penjerap zat warna.
4
Universitas Sumatera Utara