Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Logam Berat
Istilah "logam berat" didefinisikan secara umum bagi logam yang memiliki

berat spesifik lebih dari 5g/cm3. Logam berat dimasukkan dalam kategori pencemar
lingkungan karena pengaruh dari racunnya terhadap tanaman, manusia dan makanan.
Beberapa logam berat yaitu arsen (As), kadmium (Cd), timbal (Pb), merkuri (Hg)
merupakan racun yang berakumulasi. Logam berat ini menumpuk dan tidak dapat
dimetabolisme menjadi senyawa antara dan tidak mudah diuraikan dilingkungan.
Logam ini terakumulasi dalam rantai makanan melalui penyerapan di tingkat
produsen primer dan melalui konsumsi di tingkat konsumen. Logam memasuki tubuh
manusia baik melalui pernafasan atau suntikan [8].
Polutan adalah zat yang terdapat pada lingkungan yang menyebabkan efek
buruk, merusak kesejahteraan lingkungan, mengurangi kualitas hidup dan pada
akhirnya dapat menyebabkan kematian. Suatu zat yang berada di lingkungan
melebihi batas aturan atau toleransi, yang mana merupakan batas yang diinginkan
atau diterima. Tabel-1 menyajikan batas-batas logam berat yang menjadi beracun
bila berlebihan di lingkungan. Pencemaran lingkungan adalah kehadiran polutan

dalam lingkungan; udara, air dan tanah, yang mungkin beracun atau beracun dan
akan membahayakan makhluk hidup di lingkungan yang terkena polusi [2].
Logam berat dapat diklasifikasikan menjadi empat kelompok berdasarkan
kegunaannya bagi kesehatan, yaitu [8]:
 Esensial

: Cu, Zn, Co, Cr, Mn dan Fe, logam ini juga disebut mikronutrien
(zat yang diperlukan tubuh tetapi dalam jumlah yang sangat
kecil) dan beracun jika diminum melebihi persyaratan.

 Non esensial

: Ba dan Zr.

 Rendah racun : Sn dan Al.
 Sangat beracun : Hg, Pb dan Cd.

7
Universitas Sumatera Utara


Tabel 2.1 Ambang Batas Racun Yang Ditoleransi / Asupan Aman Logam Berat
Logam
Berat

3 mg/hari selama 2-3

Arsen

Asupan yang Disarankan / Asupan

Batas Beracun

minggu

Kadmium 200 μg/kg berat basah
Timbal

>= 500 μg/L (Darah)

Seng


150 μg/hari

Aman
15 - 25 μg/hari (dewasa)
15 -50 μg/hari dewasa, 2 -25 μg/hari anak
20 - 280 μg/hari dewasa, 10 - 275 μg/hari
anak
15 μg/hari

[8]

2.2

Logam Kadmium (Cd)
Kadmium murni merupakan logam lembut berwarna perak keputih-putihan.

Ciri-ciri fisik dari kadmium adalah nomor atom 48, atom berat 112.411,
elektronegatif 1.5 kristal ionik radius (kepala negara valence) 0,97, potensi ionisasi
8.993, pada keadaan oksidasi +2, elektron konfigurasi Kr 4d1 5S2, densitas 8,64

g/cm3, titik leleh 320.9 °C dan titik didih 765 °C pada 100 kPa. Biasanya ditemukan
dalam bentuk mineral yang dikombinasikan dengan unsur-unsur lain seperti oksigen
(kadmium oksida), klorin (kadmium klorida) atau belerang (kadmium sulfat,
kadmium sulfida). Kadmium dapat bersifat racun hampir ke setiap sistem tubuh
hewan. Zat ini hampir tidak ditemukan dalam tubuh manusia sejak lahir, namun
terakumulasi dengan bertambahnya usia. Rata-rata 30 mg kadmium terakumulasi
dalam tubuh laki-laki pada usia 50 tahun. Makanan olahan, makanan yang berasal
dari perairan, pipa air, kopi, teh, pembakaran batubara dan rokok merupakan sumber
Cd yang utama. Cd berkisar antara 40-50 μg / hari. Kadmium terakumulasi dalam
ginjal dan hati dalam waktu yang lama. Hal ini berhubungan dengan jumlah mineral
terutama Zn, Fe, Cu dan Se karena persamaan kimianya dan persaingan untuk
mengikat unsur. Juga dinyatakan bahwa Cd dapat mempengaruhi Ca, P dan
metabolisme tulang dalam industri apapun dan orang yang terkena kepada Cd pada
lingkungan secara umum [8].

8
Universitas Sumatera Utara

2.3


Adsorpsi
Adsorpsi adalah proses di mana suatu zat (adsorbat), dalam fasa gas ataupun

cair, terakumulasi pada permukaan padat. Ada dua jenis adsorpsi, yaitu:
 Adsorpsi Fisik
Adsorpsi fisik diperoleh dari gaya Van der Waals, interaksi dipol, dan
pengikatan hidrogen. Tidak ada pertukaran elektron antara adsorben dan adsorbat.
Karena tidak ada energi aktivasi yang diperlukan untuk adsorpsi fisik, waktu yang
dibutuhkan untuk mencapai keseimbangan sangat singkat. Adsorpsi fisik
merupakan proses non-spesifik dan reversibel.
 Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia merupakan ikatan kimia antara adsorben dan molekul
adsorbat, sehingga spesifik serta tidak dapat diubah dan kimia serta sifat
elektronik adsorben berubah. Ikatan antara adsorben dan adsorbat oleh ikatan
kovalen disebut adsorpsi kimia lemah, sebaliknya ikatan ion disebut adsorpsi
kimia kuat.
[9].
Adsorpsi merupakan bagian terpenting dari pembagian yang luas dari fisik,
biologi, dan operasi dan proses kimia di bidang lingkungan hidup. Pemurnian
gas dengan adsorpsi telah memainkan peran utama dalam pengendalian pencemaran

udara, dan adsorpsi kotoran terlarut dari larutan telah banyak digunakan
untuk pemurnian air. Adsorpsi sekarang dipandang sebagai metode yang superior
untuk pengolahan air limbah dan pembaharuan air [10].
Aplikasi adsorpsi untuk pengolahan kimia. pengendalian pencemaran udara.
dan pengolahan air sudah dikenal; aplikasi dalam pengolahan air limbah dan
pengendalian pencemaran air pada umumnya tidak diketahui, ataupun dipahami.
Proses ini telah dibuktikan secara luas, efektif untuk menghapus zat organik terlarut
dari air limbah, tetapi seharusnya tidak dipandang sebagai pengolahan limbah yang
utama, ataupun penerapannya dilakukan dengan cara empiris [10].

9
Universitas Sumatera Utara

2.4.

Mekanisme Adsorpsi
Proses adsorpsi molekul adsorbat dari fasa cair ke permukaan adsorben

melibatkan tahapan sebagai berikut:



Transfer massa molekul adsorbat ke seluruh lapisan batas eksternal dari partikel
padat.



Transportasi molekul adsorbat dari permukaan partikel ke dalam bagian aktif
dengan difusi dalam pori berisi cairan dan berpindah keseluruh permukaan padat
dari pori-pori.



Adsorpsi molekul terlarut pada bagian aktif pada permukaan bagian dalam dari
pori-pori.



Setelah molekul terserap, dapat berpindah ke permukaan pori melalui difusi
permukaan.
[9].


2.5

Pasir
Partikel pasir dibentuk dari pecahan kristal magma beku dan batuan metamorf

atau dari batu pasir yang sudah ada. Berdasarkan kandungan mineralnya, pasir
umumnya terdiri dari kuarsa, Feldspar, Mika dan kapur (kalsit, dolomit dll).
Klasifikasi dari mineral partikel dapat disebut pasir berdasarkan ukurannya. Menurut
skema klasifikasi United States Department of Agriculture (USDA), partikel pasir
berada pada rentang diameter antara 0,05-2.0 mm. Dengan demikian, bahan mineral
yang disebut pasir dapat bervariasi tergantung pada skema klasifikasi yang
digunakan [11].
Juga ada, subkategori partikel pasir terutama untuk skema USDA, yaitu pasir
sangat halus berkisar 0,05-0,1 mm, pasir halus berkisar dari 0,1-0.25 mm, pasir
sedang (medium) berkisar 0.25-0.5 mm, pasir kasar berkisar dari 0,5-1,0 mm, dan
pasir sangat kasar berkisar 1.0-2,0 mm [11].

10
Universitas Sumatera Utara


Gambar 2.1 Pasir Hitam
Untuk memahami tentang tren adsorpsi logam dengan menggunakan pasir,
pertimbangan hubungan antara jenis ion logam yang akan diserap dengan silika dan
feldspar (komponen pasir) akan sangat membantu. Silika (SiO2) memiliki struktur
yang terdiri dari tiga rangkaian dimensi tetrahedron yang tidak terbatas. Setiap atom
silikon membentuk empat ikatan tunggal dengan empat atom oksigen yang terletak di
empat penjuru tetrahedron [12].
Permukaan kelompok fungsional dari silikat memainkan peran penting dalam
proses adsorpsi. Pada bagian ini atom oksigen terikat pada lapisan silika tetrahedral
dan kelompok hidroksil berkaitan pada tepi tiap unit dari struktur silikat. Kelompok
fungsional ini mendukung bagian permukaan untuk melakukan adsorpsi kimia
terhadap logam transisi dan logam berat. Permukaan kelompok fungsional ini dapat
direpresentasikan sebagai berikut[12]:

Dimana S merupakan atom pusat (Si atau Al) pada penyerapan yang dilakukan oleh
permukaan silikat [12].
Permukaan kelompok hidroksil berdisosiasi dalam air yang mana akan
melepaskan satu atom H sehingga bermuatan negatif dan berfungsi sebagai basa
Lewis terhadap kation logam (Mn+). Seperti bagian terdeprotonasinya (satu atau

mungkin dua) yang membentuk senyawa kompleks dengan ion logam berat sebagai
berikut [12]:

11
Universitas Sumatera Utara

Jika satu kation logam Mn+ berikatan dengan satu gugus SiO3- maka muatan senyawa
kompleks menjadi (n+) + (-1) = (n+) – 1= (n-1)+ , tanda muatan ditentukan oleh
jumah muatan yg paling besar. Dengan cara yang sama bila satu kation logam M n+
berikatan dengan 2SiO3-, maka untuk senyawa kompleksnya menjadi (n+) + (-2) =
(n+) – 2 = (n-2)+ [12].
2.6

Kinetika Adsorpsi
Jumlah adsorbat yang diserap dalam mg/g pada waktu t dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut:

qt =


Co +Ct V
m

[6]

Dimana Co dan Ct masing-masing adalah konsentrasi adsorbat mula-mula dan
pada waktu t tertentu dalam mg/L. V adalah volume larutan adsorbat dalam ml dan m
adalah massa adsorben dalam mg [6].

2.7

Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS)
Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS), merupakan metode yang

digunakan untuk menentukan konsentrasi suatu sampel dengan cara mengukur daya
penyerapan radiasi pada uap atom yang dihasilkan dari sampel pada panjang
gelombang yang spesifik dan karakteristik dari elemen dalam proses pertimbangan
[13].
Ada tiga komponen dasar untuk setiap AAS [14]:
1. Sumber cahaya - Hal ini dirancang untuk memancarkan spektrum atom dari
elemen tertentu. Lampu tertentu dipilih sesuai dengan elemen yang akan
ditentukan. Lampu katoda berongga atau lampu tidak berelektoda yang biasanya
banyak digunakan.
2. Sampel sel - Dimana uap sampel atom dihasilkan dalam berkas cahaya dari
sumber. Hal ini biasanya dilakukan dengan menambahkan sampel ke dalam

12
Universitas Sumatera Utara

sistem pembakaran (api AAS) atau tungku pemanas elektrik atau platform, selaras
dalam jalur optik dari spektrofotometer.
3. Pengukuran cahaya khusus - Termasuk beberapa komponen:
a) monokromator untuk memdispersi beberapa panjang gelombang yang
dipancarkan dari suatu cahaya untuk mengisolasi garis tertentu yang dicari,
b) detektor untuk menghasilkan arus listrik yang tergantung pada intensitas
cahaya. Arus listrik ini diperkuat dan diproses oleh alat elektronik untuk
menghasilkan sinyal, yang merupakan ukuran dari pelemahan cahaya yang
terjadi dalam sel sampel dan,
c) sinyal ini diproses lebih lanjut untuk menghasilkan pembacaan dari instrumen
dalam satuan konsentrasi.

Gambar 2.2 Diagram skematik yang menunjukkan persyaratan penting untuk Atomic
Adsorption Spectrofotometry (AAS) [14]

13
Universitas Sumatera Utara