PEMANFAATANDANKARAKTERISASIABUVULKANIK GUNUNG SINABUNG SEBAGAI BAHAN DASAR PEMBUATAN ADSORBEN SILIKA UNTUK MENGIKAT LOGAM BERAT Pb(II).
PEMANFAATAN DAN KARAKTERISASI ABU VULKANIK
GUNUNG SINABUNG SEBAGAI BAHAN DASAR
PEMBUATAN ADSORBEN SILIKA UNTUK
MENGIKAT LOGAM BERAT Pb(II)
Oleh :
Devy Putri Oktavia
NIM 4123210010
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2016
i
iii
PEMANFAATAN DAN KARAKTERISASI ABU VULKANIK
GUNUNG SINABUNG SEBAGAI BAHAN DASAR
PEMBUATAN ADSORBEN SILIKA UNTUK
MENGIKAT LOGAM BERAT Pb(II)
Devy Putri Oktavia (4123210010)
ABSTRAK
Sintesis silika gel dengan metode sol-gel telah dilakukan dengan memanfaatkan
abu vulkanik Gunung Sinabung yang diambil dari Desa Berastepu, Simpang
Empat, Kabupaten Karo yang berjarak 1,5 km dari puncak Gunung Sinabung.
Abu vulkanik merupakan salah satu sumber penghasil silika terbesar, berpotensi
sebagai bahan pembuatan silika gel. Sintesis silika gel pada penelitian ini
dilakukan dengan metode sol-gel. Abu vulkanik didekstruksi dengan larutan
NaOH 4M dan pembentukkan gel dengan larutan HCl 3M. Karakterisasi silika
dilakukan dengan analisis AAS, FTIR dan XRD. Kadar silika yang diperoleh
dalam penelitian ini sebesar 17,85%. Berdasarkan hasil analisis menggunakan
FTIR menunjukkan adanya gugus Si-O-Si dan Si-OH yang menyatakan bahwa
adsorben silika berhasil dibuat. Karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan
bahwa silika yang dihasilkan memiliki derajat kekristalan yang rendah (berbentuk
amorf). Silika gel hasil sintesis digunakan sebagai adsorben untuk mengikat
logam berat Pb(II). Metode yang digunakan dalam interaksi adsorben dengan
larutan yaitu metode batch. Pada penentuan massa optimum adsorben silika
diperoleh 0,25 gram sebagai massa optimum. Waktu kontak optimum adsorpsi ion
logam Pb(II) oleh silika gel yaitu 40 menit. pH optimum adsorpsi ion logam
Pb(II) oleh silika gel yaitu pH 7. Dan konsentrasi optimum adsorpsi ion logam
Pb(II) oleh silika yaitu 110 ppm.
Kata kunci: sintesis, silika gel, abu vulkanik, sol-gel, karakterisasi, AAS, FTIR,
XRD, amorf, adsorpsi, batch, logam berat Pb(II).
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas
segala berkat dan kasih-Nya yang senantiasa memberikan kesehatan dan hikmat
kepada penulis sehingga penelitian skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik
sesuai dengan waktu yang direncanakan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang
dilaksanakan Mei-Agustus 2016 adalah “Pemanfaatan dan Karakterisasi Abu
Vulkanik Gunung Sinabung Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Adsorben
Silika untuk Mengikat Logam Berat Pb(II)”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih
kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan hingga penyusunan skripsi, antara lain
Ibu Lisnawaty Simatupang, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang
telah membimbing penulis selama melakukan penelitian dan menyusun skripsi,
Bapak Agus Kembaren, S.Si., M.Si., Bapak Dr. Ayi Darmana, M.Si. dan Ibu
Ratna Sari Dewi, S.Si., M.Si. selaku Dosen Penguji yang telah banyak
memberikan saran dan masukan positif, serta Ibu Prof. Dr. Retno Dwi Suyanti,
M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah membimbing penulis
selama menjalani perkuliahan di Universitas Negeri Medan. Penghargaan juga
diberikan kepada Kakak Riana, Abang Aji, Kakak Yade yang telah membantu
dalam analisis sampel.
Secara khusus penulis sampaikan terima kasih kepada Mama dan Papa
tercinta serta adik-adikku atas segala doa, kasih sayang dan dukungannya kepada
penulis. Gelar ini penulis persembahkan untuk Mama dan Papa. Terima kasih juga
penulis sampaikan kepada rekan penelitian, Parna, yang telah banyak membantu
selama penelitian dan teman-teman Kimia Non Kependidikan 2012 yang telah
berjuang bersama dan saling mendukung dalam meraih gelar Sarjana Sain.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada sahabat-sahabatku Citra,
Beril yang banyak membantu penulis dan selalu memberikan motivasi, doa dan
semangat selama penulis menyelesaikan skripsi. Dan kepada Noni, Tia, Ellen,
Winda, terima kasih untuk persahabatan yang terjalin selama empat tahun
v
perkuliahan, serta doa dan dukungan kepada penulis selama perkuliahan. Dan
kepada semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang turut
membantu dalam penyelesaian skripsi ini, penulis ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Untuk itu
penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun. Semoga hasil
penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi
serta menambah wawasan bagi pembaca.
Medan,
September 2016
Devy Putri Oktavia
NIM. 4123210010
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar isi
vi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
viii
ix
x
BAB I. PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1
1.2.
Rumusan Masalah
3
1.3.
Batasan Masalah
4
1.4.
Tujuan Penelitian
4
1.5.
Manfaat Penelitian
4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Abu Vulkanik Gunung Sinabung
5
2.2.
Silika
8
2.3.
Logam Berat Timbal
11
2.3.1. Sifat Logam Timbal
12
2.3.2. Dampak Klinik Akibat Tercemar oleh Pb
13
2.4.
Adsorpsi
13
2.5.
Difraksi Sinar-X (XRD)
19
2.6.
Spektroskopi Inframerah (FTIR)
21
2.7.
Spektroskopi Serapan Atom (AAS)
21
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1.
Lokasi dan Waktu Penelitian
24
vii
3.2.
Alat dan Bahan
24
3.2.1. Alat
24
3.2.2. Bahan
24
3.3.
25
Prosedur Penelitian
3.3.1. Pembuatan Larutan Natrium Silikat
25
3.3.2. Pembuatan Silika Gel
25
3.3.3. Karakterisasi Silika
25
3.3.4. Pembuatan Larutan Baku Pb 1000 ppm dari Padatan Pb(NO3)2
26
3.3.5. Pembuatan Kurva Kalibrasi
26
3.3.6. Penentuan Massa Optimum Adsorben Silika
26
3.3.7. Penentuan Waktu Kontak Optimum
26
3.3.8. Penentuan pH Optimum
27
3.3.9. Penentuan Konsentrasi Optimum
27
3.4.
28
Bagan Alir Penelitian
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Penentuan Kadar Silika dalam Larutan Natrium Silikat
32
4.2.
Sintesis Silika Gel
34
4.3.
Karakterisasi dengan FTIR
35
4.4.
Karakterisasi dengan XRD
36
4.5.
Penentuan Massa Optimum Adsorben Silika
37
4.6.
Penentuan Waktu Kontak Optimum
39
4.7.
Penentuan pH Optimum
41
4.8.
Penentuan Konsentrasi Optimum
42
BAB V. PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
45
5.2.
Saran
45
DAFTAR PUSTAKA
46
LAMPIRAN
51
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur silika gel
9
Gambar 3.1. Pembuatan larutan natrium silikat
28
Gambar 3.2. Pembuatan silika gel
28
Gambar 3.3. Karakterisasi silika
29
Gambar 3.4. Penentuan massa optimum adsorben silika
29
Gambar 3.5. Penentuan waktu kontak optimum
30
Gambar 3.6.
Penentuan pH optimum
30
Gambar 3.7.
Penentuan konsentrasi optimum
31
Gambar 4.1. Model mekanisme rekasi pembentukkan natrium silikat
33
Gambar 4.2. Spektrum FTIR Silika yang Diperoleh dari abu vulkanik
Gambar 4.3.
Gunung Sinabung
36
Difaktogram silika gel
37
Gambar 4.4. Kurva penentuan massa optimum adsorben silika
38
Gambar 4.5. Kurva penentuan waktu kontak optimum
39
Gambar 4.6. Kurva penentuan pH optimum
41
Gambar 4.7. Kurva penentuan konsentrasi optimum
43
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Komposisi oksida unsur makro pada abu/pasir vulkanik
beberapa gunung di indonesia
Tabel 2.2. Klasifikasi abu vulkanik berdasarkan kandungan silika total
Tabel 4.1. Penentuan konsentrasi optimum larutan Pb(II)
6
7
44
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.
Perhitungan Volume NaOH yang Ditambahkan dalam
Pembuatan Larutan Natrium Silikat
51
Lampiran 2.
Penentuan Kadar Silika pada Larutan Natrium Silikat
52
Lampiran 3.
Penentuan Massa Optimum Silika
54
Lampiran 4.
Penentuan Waktu Kontak Optimum
56
Lampiran 5.
Penentuan pH Optimum
58
Lampiran 6.
Penentuan Konsentrasi Optimum
60
Lampiran 7.
Karakterisasi AAS Silika
62
Lampiran 8.
Karakterisasi FTIR Silika
64
Lampiran 9.
Karakterisasi XRD Silika
65
Lampiran 10. Data AAS Penentuan Massa Optimum Silika
67
Lampiran 11. Data AAS Penentuan Waktu Kontak Optimum
68
Lampiran 12. Data AAS Penenetuan pH Optimum
69
Lampiran 13. Data AAS Penenuan Konsentrasi Optimum
70
Lampiran 14. Dokumentasi Penelitian
71
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Indonesia dikenal sebagai negara yang mempunyai gunung berapi aktif
terbanyak (30%) di dunia. Hal ini menunjukkan bahwa daerah di Indonesia rentan
terhadap gempa bumi dan letusan gunung api (Fiantis, 2006). Gunung Sinabung
merupakan salah satu gunung berapi aktif yang terdapat di wilayah Indonesia
yang terletak di Provinsi Sumatera Utara. Data BNPB menyebutkan, semenjak
letusan akhir Agustus tahun 2010, Gunung Sinabung meletus beberapa kali,
termasuk salah satu letusan terbesar. Dan hingga saat ini, Gunung Sinabung terusmenerus mengalami erupsi dan mengeluarkan material abu vulkanik. Akibat dari
letusan gunung tersebut timbul kabut asap yang tebal berwarna hitam disertai
hujan pasir, dan abu vulkanik yang menutupi ribuan hektar tanaman para petani
yang berjarak dibawah radius enam kilometer (Barasa, dkk, 2013).
Berdasarkan penelitian Nakada dan Yoshimoto (2014) menyatakan
kandungan silika dalam abu vulkanik Gunung Sinabung adalah 58,10%.
Tingginya kandungan silika dalam abu vulkanik Gunung Sinabung merupakan
suatu hal yang menarik untuk diteliti lebih lanjut, khususnya tentang pemanfaatan
abu vulkanik tersebut sebagai bahan dasar pembuatan adsorben silika untuk
mengikat logam berat timbal (Sukarman dan Dariah, 2014).
Silika gel merupakan salah satu bahan yang berbasis silika. Silika gel
banyak digunakan dalam proses adsorpsi karena stabil pada kondisi asam, non
swelling, memiliki pertukaran massa yang tinggi, porositas dan luas permukaan
spesifik serta memiliki daya tahan tinggi terhadap panas. Selain itu silika gel
memiliki situs aktif berupa gugus silanol (-Si-OH) dan siloksan (O-Si-O) di
permukaan. Brindley dan Brown (1980) menyatakan bahwa pada umumnya silika
adalah dalam bentuk amorf terhidrat, namun bila pembakaran berlangsung terusmenerus pada suhu di atas 650°C maka tingkat kekristalinitasnya akan cenderung
naik dengan terbentuknya fasa quartz, crystobalite, dan tridymite yang merupakan
jenis kristal utama. Silika memiliki stabilitas dan kerapatan yang berbeda. Struktur
2
kristal quartz, crystobalite, dan tridymite memiliki nilai densitas masing-masing
sebesar 2,65x103 kg/m 3, 2,27x103 kg/m3, dan 2,23x103 kg/m 3 (Smallman dan
Bishop, 2000).
Penelitian mengenai pemanfaatan abu vulkanik erupsi Gunung Sinabung
sebagai bahan dasar pembuatan adsorben silika beserta karakterisasinya, pernah
dilakukan sebelumya oleh Siti Rahmadani (2015). Pada penelitian tersebut abu
vulkanik Gunung Sinabung diaktivasi dengan menggunakan asam nitrat pekat.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan tidak ada peningkatan kadar silika sebelum
dan setelah aktivasi. Pada penelitian yang dilakukan oleh Hanna Izzati, dkk
(2013) mengenai sintesis dan karakterisasi kekristalan nanosilika berbasis pasir
bancar, metode yang digunakan adalah sol-gel dengan cara direndam dalam 2M
HCl dan dilarutkan ke dalam 7M NaOH dan terbentuk larutan natrium silikat
kemudian ditambahkan 2M HCl sehingga diperoleh silika.
Salah satu logam yang sangat populer bagi masyarakat adalah timbal. Hal
ini disebabkan oleh banyaknya timbal yang digunakan di industri nonpangan dan
paling banyak menimbulkan keracunan pada makhluk hidup. Soepardi (1983)
menyatakan, “Kisaran logam berat timbal (Pb) sebagai pencemar dalam tanah
adalah 2-200 ppm dan kisaran logam berat timbal (Pb) dalam tanaman adalah 0.110 ppm.” Tanaman yang tumbuh di atas tanah yang telah tercemar akan
mengakumulasikan logam tersebut pada semua bagian (akar, batang, daun dan
buah). Ternak akan memanen logam yang ada pada tanaman dan menumpuknya
pada bagian-bagian dagingnya. Selanjutnya manusia yang termasuk ke dalam
kelompok omnivora (pemakan segalanya), akan tercemar logam tersebut dari
empat sumber utama, yaitu udara yang dihirup saat bernapas, air minum, tanaman
(sayuran dan buah-buahan), serta ternak (berupa daging, telur, dan susu).
Timbal adalah racun bagi lingkungan dan kesehatan masyarakat global.
Penelitian menunjukkan bahwa timbal yang banyak terserap oleh anak, walaupun
dalam jumlah kecil, dapat menyebabkan gangguan pada fase awal pertumbuhan
fisik dan mental yang kemudian berakibat pada fungsi kecerdasan dan
kemampuan akademik. Dalam jangka lama timbal terakumulasi pada gigi, gusi
dan tulang. Jika konsentrasi timbal meningkat, akan terjadi anemia dan kerusakan
3
fungsi otak serta kegagalan fungsi ginjal. Keracunan timbal pada orang dewasa
ditandai dengan gejala seperti pucat, sakit dan kelumpuhan. Bila pada keracunan
kronik, awalnya tidak menyebabkan gangguan kesehatan yang tampak, tetapi
semakin lama efek toksik itu menumpuk hingga akhirnya terjadi gejala keracunan.
Keracunan timbal kronik ditandai dengan depresi, sakit kepala, sulit
berkonsentrasi, daya ingat terganggu dan sulit tidur. Sedangkan keracunan akut
dapat terjadi bila timbal yang masuk ke dalam tubuh seseorang lewat makanan
atau menghirup uap timbal dalam waktu yang relatif pendek dengan dosis atau
kadar yang relatif tinggi. Gejala yang timbul berupa mual, muntah, sakit perut
hebat, kelainan fungsi otak, anemia berat, kerusakan ginjal, bahkan kematian.
Pada perempuan yang sedang hamil, timbal yang tertimbun dalam tulang akan
masuk ke janin dan asupan timbal dapat menyebabkan keguguran. Karena itulah
perlu dilakukan upaya untuk menguragi pencemaran lingkungan oleh logam berat
timbal.
Berdasarkan latar belakang di atas, mendorong peneliti untuk melakukan
penelitian tentang “Pemanfaatan dan Karakterisasi Abu Vulkanik Gunung
Sinabung Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Adsorben Silika untuk Mengikat
Logam Berat Pb(II)”.
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan
uraian
latar
belakang
masalah,
dapat
dirumuskan
permasalahan sebagai berikut:
1.
Berapakah kadar silika yang terkandung dalam abu vulkanik Gunung
Sinabung?
2.
Bagaimanakah karakteristik silika yang diperoleh dari abu vulkanik
Gunung Sinabung dengan XRF, AAS, FTIR, dan XRD?
3.
Berapakah kondisi optimum massa, waktu kontak, pH, dan konsentrasi
terhadap penyerapan logam Pb(II) oleh adsorben silika?
4
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1.
Abu vulkanik yang digunakan dalam penelitian adalah abu hasil erupsi
Gunung Sinabung yang diambil dari Desa Berastepu, Simpang Empat,
Karo (radius 1,5 km).
2.
Karakteristik silika pada abu vulkanik Gunung Sinabung dilakukan
dengan menggunakan XRF, AAS, FTIR, dan XRD.
3.
Logam yang digunakan sebagai adsorbat adalah logam Pb(II).
4.
Metode adsorpsi logam Pb(II) menggunakan metode batch.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
Mengetahui kadar silika yang diperoleh dari abu vulkanik Gunung
Sinabung.
2.
Mengetahui karakteristik silika yang diperoleh dari abu vulkanik Gunung
Sinabung.
3.
Mengetahui kondisi optimum penyerapan logam Pb(II) oleh adsorben
silika.
1.5.
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1.
Menambah informasi ilmiah yang terkait dengan adsorpsi logam Pb(II)
oleh adsorben silika yang diperoleh dari abu vulkanik Gunung Sinabung
dengan metode batch.
2.
Sebagai informasi kepada pembaca tentang kadar silika yang terkandung
pada abu vulkanik Gunung Sinabung.
3.
Sebagai bahan referensi untuk penelitian yang terkait sintesis dan
karakterisasi silika dari abu vulkanik Gunung Sinabung.
45
BAB V
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan bahwa:
1.
Kadar silika hasil sinesis dari abu vulkanik Gunung Sinabung yang
diambil dari Desa Berastepu, Karo (radius 1,5 km) yang dianalisis
dengan AAS sebesar 17,85%.
2.
Hasil karakterisasi menggunakan FTIR menunjukkan bahwa pada silika
gel hasil sintesis dari abu vulkanik Gunung Sinabung terdapat gugus
fungsi –OH dari Si-OH dan Si-O dari Si-O-Si. Hasil karakterisasi
menggunakan XRD diketahui bahwa silika gel hasil sintesis memiliki
struktur amorf.
3.
Massa optimum adsorben silika untuk penyerapan ion logam Pb(II) yaitu
0,25 gram dengan jumlah ion logam Pb(II) yang terjerap sebesar
9,8801x10-6 mol/g. Waktu kontak optimum adsorpsi ion logam Pb(II)
oleh silika hasil sintesis yaitu 40 menit dengan jumlah ion logam Pb(II)
yang terjerap sebanyak 9,9091x10-6 mol/g. pH optimum adsorpsi ion
logam Pb(II) oleh silika yaitu pada pH 7 dengan jumlah ion logam Pb(II)
yang terjerap sebanyak 9,5845x10-6 mol/g. Dan konsentrasi optimum
adsorpsi ion logam Pb(II) oleh silika yaitu pada konsentrasi 110 ppm
dengan jumlah ion logam Pb(II) yang terjerap sebanyak 2,3103x10-5
mol/g.
5.2.
Saran
1.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai kemampuan silika gel
dari abu vulkanik Gunung Sinabung untuk penyerapan logam lain.
2.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai karakterisasi silika gel
untuk mengetahui luas pori dan bentuk permukaan silika.
3.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang optimasi massa adsorben
silika dan waktu kontak adsorpsi dengan variasi yang berbeda.
46
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, (2010), Waspada Gunung Sinabung, http://www.medanmagazine.com
Anda, M., dan Sarwani, M., (2012), Mineralogical, Chemical Composition and
Dissolution of Fresh Ash Eruption: New Potential Source of Nutrients, Soil
Science Society of America Journal 76:733-747
Asmuni, (2000), Karakterisasi Pasir Kuarsa (SiO2) dengan Metode XRD,
Laporan Hasil Penelitian, FMIPA Universitas Sumatera Utara, Medan
Atkins, P., W., (1999), Kimia Fisika 2, Penerbit Erlangga, Jakarta
Ayu, Annisa M., Wardhani S., Darjito, (2013), Studi Pengaruh Konsentrasi NaOH
dan pH terhadap Sintesis Silika Xerogel Berbahan Dasar Pasir Kuarsa,
Kimia Student Journal 2(2): 517-523
Badan Geologi, http://pvmbg.bgl.esdm.go.id
Bakri, R., (2008), Kaolin Sebagai Sumber SiO2 untuk Pembuatan Katalis
Ni/SiO2: Karakterisasi dan Uji Katalis pada Hidrogeasi Benzena Menjadi
Sikloheksana, Jurnal Sains 12: 37-42
Barasa, R. F., Rauf, A., Sembiring, M., (2013), Dampak Debu Vulkanik Letusan
Gunung Sinabung Terhadap Kadar Cu, Pb, Dan B Tanah Di Kabupaten
Karo, Jurnal Online Agroekoteknologi 1(4): 1288-1297
Basset, J., Denney, R. C., Jeffrey, G. H., Mendhom, J., (1994), Buku Ajar Vogel:
Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik, Kedokteran EGC, Jakarta
Bird, T., (1987), Kimia Fisika untuk Universitas, Jakarta, Gramedia
Blais, J. F., Dufresne, B., Mercier, G., (2000), State of The Art of Technologies
for Metal Removal from Industrial Effluents, Rev. Sci. Eau 12(4): 687-711
Bragman, C. P., dan Goncalves, M. R. F., (2006), Thermal Insulators Made with
Rice Husk Ashes: Production and Correlation Betwen Properties and
Microstructure, Construction and Building Materials 21: 2059-2065
Brindley, G. W., dan Brown, G., (1980), Crystal Structures of Clay Minerals and
Their X-Ray Identification, Mineralogical Society, London
Candrasekhar, S., Satyanarayana, K. G., Pramada, P. N., dan Raghavan, P.,
(2003), Review Processing, Properties and Applications of Reactive Silica
from Rice Husk An Overview, Journal of Materials Science 38: 3159-3168
47
Cotton, F. A., dan Wilkinson, G., (1989), Kimia Dasar Anorganik, Penerbit
Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta
Daifullah, A. A. M., Girgis B. S., Gad, H. M. H., (2003), Utilization of AgroResidues (Rice Husk) in Small Waste Water Treatment Plans, Material
Letters 57: 1723-1731
Darmono, (1995), Logam dalam Sistem Biologi, Penerbit Universitas Indonesia
(UI-Press), Jakarta
Dudal, R., dan Soepraptohardjo M., (1960), Some Consideration on The Genetic
Relationship Between Latosols and Andosols in Java (Indonesia), Trans of
7th Int. Cong. of Soil Sci. 4: 229-237
Fardiaz, S., (1992), Polusi Air dan Udara, Penerbit Kanisius, Yogyakarta
Fatmawati, (2006), Kajian Adsorpi Cd(II) oleh Biomassa Potamogeton
(Rumputnaga) yang Terimobilkan pada Silika Gel, Skripsi, FMIPA
Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru
Fiantis, D., (2006), Laju Pelapukan Kimia Debu Vulkanis Gunung Talang dan
Pengaruhnya Terhadap Proses Pembentukan Mineral Liat Non-Kristalin,
Artikel Penelitian, Universitas Andalas, Padang
Fiantis, D., Nelson, M., Shamshuddin, J., Goh, T. B., dan Van R. E., (2011),
Changes in The Chemical and Mineralogical Properties of Mt. Talang
Volcanic Ash in West Sumatra During The Initial Weathering Phase, Soil
Science and Plant Analysis 42: 569-585
Gaol, L. D. L., (2001), Studi Awal Pemanfaatan Beberapa Jenis Karbon Aktif
Sebagai Adsorben. Seminar, FT Universitas Indonesia, Jakarta
Girard, J.E., (2010), Principles of Environmental Chemistry, Jones and Bartlett
Publishers, USA
Global Volcanism Program, (2008), Sinabung, http://www.volcano.si.edo.com
Handayani, M., dan Sulistiyono, E., (2009), Uji Persamaan Langmuir dan
Freundlich pada Penyerapan Limbah Chrom (VI) oleh Zeolit. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir,130-136
Handoyo, K., (1996), Kimia Anorganik, Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta
Iler, R. K., (1979), The Chemistry of Silica, Wiley, New York
48
Izzati, H. E., Nisak F., Munasir, (2013), Sintesis dan Karakterisasi Kekristalan
Nanosilika Berbasir Pasir Bancar, Jurnal Inovasi Fisika Indonesia 2(3): 1922
Junaedi, N. F., Maricar, H. F., Selintung, M., (2015), Pemanfaatan Arang Sekam
Padi Sebagai Adsorben untuk Menurunkan Ion Logam Berat dalam Air
Limbah Timbal (Pb)
Kalapathy, U., Proctor, A., dan Shultz, J., (2000), A Simple Method for
Production of Pure Silica From Rice Hull Ash, Bioresource Technology 73:
257-262
Keenan, C. W., Kleinfelter, D. C., Wood, J. H., (1992), Ilmu Kimia untuk
Universitas Edisi Keenam. Jilid 2, Penerbit Erlangga, Jakarta
Khopkar, S. M., (1990), Konsep Dasar Kimia Analitik, Universitas Indonesia (UIPress), Jakarta
Kundari, N. A., Slamet, Wiyuniati, (2008), Tinjauan Kesetimbangan Adsorpsi
Tembaga dalam Limbah Pencuci PCB dengan Zeolit, Seminar Nasional IV
SDM Teknologi Nuklir
Lestari, I., dan Sanova, A., (2011), Penyerapan Logam Berat Kadmium (Cd)
Menggunakan Kitosan Hasil Transformasi Kitin dari Kulit Udang (Penaeus
sp), ISSN 0852-8349 13(1): 9-14
Masramdhani,
A.,
(2011),
Silikon
dioksida
(Silicon
dioxide),
http://adimasramdhani.wordpress.com/2011/03/13/silikon-dioksida-silicondioxide/
Mori, H., (2003), Extraction of Silicon Dioxide from Waste Colored Glasses by
Alkali Fusion Using Sodium Hydroxide, Journal of the Ceramic Society of
Japan 111(6): 376-381
Nakada, S., dan Yoshimoto, M.,. (2014), Eruptive Activity of Sinabung Volcano
in 2013 and 2014, Earthquake Research Institute, The University of Tokyo
Nurhasni, (2002), Penggunaan Genjer (Limnocharis Flava) Untuk Menyerap Ion
Kadmium, Kromium, dan Tembaga Dalam Air Limbah, Tesis, Universitas
Andalas, Padang
Nuryono, Susanti V. V. H., Narsito, (2003), Kinetic Study on Adsorption of
Chromium (III) to Diatomaceous Earth Pre-Treated with Sulfuric and
Hydrochloric Acids, Indo J. Chem 3: 32-38
Oscik, J., (1982), Adsorption, John Wiley and Sons, New York
49
Osipow, L. S., (1962), Surface Chemistry: Theory and Industrial Applications,
Reinhold Publishing Coorporation, New York
Rahmadani, S., (2015), Pemanfaatan Abu Vulkanik Erupsi Gunung Sinabung
Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Adsorben Silika dan Karakerisasinya,
Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan
Rapierna, A., (2012), Sintesis dan Pemanfaatan Membran Kitosan-Silika Sebagai
Membran Pemisah Ion Logam Zn 2+ dan Fe2+ , Tugas Akhir II, FMIPA,
UNNES, Semarang
Refilda, Zein, R., Rahmayeni, (2001), Pemanfaatan Ampas Tebu Sebagai Bahan
Alternatif Pengganti Penyerap Sintetik Logam-logam Berat Pada Air
Limbah, Skripsi, Universitas Andalas, Padang
Reza, E., (2002), Studi Literatur Perancangan Awal Alat Adsorpsi Regenerasi
Karbon Aktif. Seminar
Riapanitra, A., Setyaningtyas, T., Riyani, K., (2006), Penentuan Waktu Kontak
dan pH Optimum Penyerapan Metilen Biru Menggunakan Abu Sekam Padi,
J. Molekul 1(1): 41-44
Sembiring, Z., Buhani, Suharso, Surnadi, (2009), Isoterm Adsorpsi Ion Pb(II),
Cu(II), dan Cd(II) pada Biomassa Nannochloropsis, sp yang Dienkapsulasi
Akuagel Silika, Indo J. Chem 9(1): 1-5
Shoji, S., Dahlgren, R., Nanzyo, M., (1993), Volcanic Ash Soils. Genesis,
Properties and Utilizations. Development in Soil Science, Elsevier 21: 288
Smallman, R. E., dan Bishop, R. J., (2000), Metalurgi Fisik Modern dan
Rekayasa Material, Penerbit Erlangga, Jakarta
Soepardi, G., (1983), Sifat dan Ciri Tanah, Fakultas Pertanian Institut Pertanian
Bogor, Bogor
Standar Nasional Indonesia, (2009), SNI 7387:2009. Batas Maksimum Cemaran
Logam Berat dalam Pangan, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta
Sudaryo dan Sucipto, (2009), Identifikasi dan Penentuan Logam Berat pada Tanah
Vulkanik di Daerah Cangkringan, Kabupaten Sleman dengan Metode
Analisis Aktivasi Neutron Cepat, Seminar Nasional V SDM Teknologi,
Yogyakarta
Sukarman dan Dariah, A., (2014), Tanah Andosol di Indonesia. Karakteristik,
Potensi, Kendala, dan Pengelolaannya untuk Pertanian, Balai Besar
Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian, Bogor
50
Sunu, P., (2001), Melindungi Lingkungan dengan Menerapkan ISO 14001,
Penerbit PT. Grasindo, Jakarta
Suryana, N., (2001), Teori Instrumentasi dan Teknik Analisa AAS, Pusat
Pengujian Mutu Barang, Jakarta
Svehla, G., (1985), Vogel Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro Dan
Semimikro Edisi ke Lima, PT. Kalman Media Pusaka, Jakarta
Syahmani dan Sholahudin, A., (2007), Reduksi Fe, Mn dan Padatan Terlarut
dalam Air Hitam dengan Kitin dan Kitosan Isolat Limbah Kulit Udang
melalui Sistem Kolom, Laporan Penelitian Dosen Muda, FKIP Universitas
Lampung, Banjarmasin
Tim Fakultas Pertanian USU, (2014), Debu Vulkanik Sinabung Dapat
Menyuburkan Tanah, http://usu.ac.id/id/article/776/tim-fakultas-pertanianusu-debu-vulkanik-sinabung-dapat-menyuburkan-tanah
Tim Faperta UGM, (2014), Dampak Erupsi Gunung Kelud Terhadap Lahan
Pertanian, Yogyakarta
Trivana, L., Sugiarti, S., Rohaeti, E., (2015), Sintesis dan Karakterisasi Natrium
Silikat (Na2SiO3) dari Sekam Padi, Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
7(2): 66-75
Wijayanti, Ria., (2009), Arang Aktif dari Ampas Tebu Sebagai Adsorben pada
Pemurnian Minyak Goreng Bekas, Skripsi, IPB, Bogor
GUNUNG SINABUNG SEBAGAI BAHAN DASAR
PEMBUATAN ADSORBEN SILIKA UNTUK
MENGIKAT LOGAM BERAT Pb(II)
Oleh :
Devy Putri Oktavia
NIM 4123210010
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2016
i
iii
PEMANFAATAN DAN KARAKTERISASI ABU VULKANIK
GUNUNG SINABUNG SEBAGAI BAHAN DASAR
PEMBUATAN ADSORBEN SILIKA UNTUK
MENGIKAT LOGAM BERAT Pb(II)
Devy Putri Oktavia (4123210010)
ABSTRAK
Sintesis silika gel dengan metode sol-gel telah dilakukan dengan memanfaatkan
abu vulkanik Gunung Sinabung yang diambil dari Desa Berastepu, Simpang
Empat, Kabupaten Karo yang berjarak 1,5 km dari puncak Gunung Sinabung.
Abu vulkanik merupakan salah satu sumber penghasil silika terbesar, berpotensi
sebagai bahan pembuatan silika gel. Sintesis silika gel pada penelitian ini
dilakukan dengan metode sol-gel. Abu vulkanik didekstruksi dengan larutan
NaOH 4M dan pembentukkan gel dengan larutan HCl 3M. Karakterisasi silika
dilakukan dengan analisis AAS, FTIR dan XRD. Kadar silika yang diperoleh
dalam penelitian ini sebesar 17,85%. Berdasarkan hasil analisis menggunakan
FTIR menunjukkan adanya gugus Si-O-Si dan Si-OH yang menyatakan bahwa
adsorben silika berhasil dibuat. Karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan
bahwa silika yang dihasilkan memiliki derajat kekristalan yang rendah (berbentuk
amorf). Silika gel hasil sintesis digunakan sebagai adsorben untuk mengikat
logam berat Pb(II). Metode yang digunakan dalam interaksi adsorben dengan
larutan yaitu metode batch. Pada penentuan massa optimum adsorben silika
diperoleh 0,25 gram sebagai massa optimum. Waktu kontak optimum adsorpsi ion
logam Pb(II) oleh silika gel yaitu 40 menit. pH optimum adsorpsi ion logam
Pb(II) oleh silika gel yaitu pH 7. Dan konsentrasi optimum adsorpsi ion logam
Pb(II) oleh silika yaitu 110 ppm.
Kata kunci: sintesis, silika gel, abu vulkanik, sol-gel, karakterisasi, AAS, FTIR,
XRD, amorf, adsorpsi, batch, logam berat Pb(II).
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas
segala berkat dan kasih-Nya yang senantiasa memberikan kesehatan dan hikmat
kepada penulis sehingga penelitian skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik
sesuai dengan waktu yang direncanakan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang
dilaksanakan Mei-Agustus 2016 adalah “Pemanfaatan dan Karakterisasi Abu
Vulkanik Gunung Sinabung Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Adsorben
Silika untuk Mengikat Logam Berat Pb(II)”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih
kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan hingga penyusunan skripsi, antara lain
Ibu Lisnawaty Simatupang, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang
telah membimbing penulis selama melakukan penelitian dan menyusun skripsi,
Bapak Agus Kembaren, S.Si., M.Si., Bapak Dr. Ayi Darmana, M.Si. dan Ibu
Ratna Sari Dewi, S.Si., M.Si. selaku Dosen Penguji yang telah banyak
memberikan saran dan masukan positif, serta Ibu Prof. Dr. Retno Dwi Suyanti,
M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah membimbing penulis
selama menjalani perkuliahan di Universitas Negeri Medan. Penghargaan juga
diberikan kepada Kakak Riana, Abang Aji, Kakak Yade yang telah membantu
dalam analisis sampel.
Secara khusus penulis sampaikan terima kasih kepada Mama dan Papa
tercinta serta adik-adikku atas segala doa, kasih sayang dan dukungannya kepada
penulis. Gelar ini penulis persembahkan untuk Mama dan Papa. Terima kasih juga
penulis sampaikan kepada rekan penelitian, Parna, yang telah banyak membantu
selama penelitian dan teman-teman Kimia Non Kependidikan 2012 yang telah
berjuang bersama dan saling mendukung dalam meraih gelar Sarjana Sain.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada sahabat-sahabatku Citra,
Beril yang banyak membantu penulis dan selalu memberikan motivasi, doa dan
semangat selama penulis menyelesaikan skripsi. Dan kepada Noni, Tia, Ellen,
Winda, terima kasih untuk persahabatan yang terjalin selama empat tahun
v
perkuliahan, serta doa dan dukungan kepada penulis selama perkuliahan. Dan
kepada semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang turut
membantu dalam penyelesaian skripsi ini, penulis ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Untuk itu
penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun. Semoga hasil
penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi
serta menambah wawasan bagi pembaca.
Medan,
September 2016
Devy Putri Oktavia
NIM. 4123210010
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar isi
vi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
viii
ix
x
BAB I. PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1
1.2.
Rumusan Masalah
3
1.3.
Batasan Masalah
4
1.4.
Tujuan Penelitian
4
1.5.
Manfaat Penelitian
4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Abu Vulkanik Gunung Sinabung
5
2.2.
Silika
8
2.3.
Logam Berat Timbal
11
2.3.1. Sifat Logam Timbal
12
2.3.2. Dampak Klinik Akibat Tercemar oleh Pb
13
2.4.
Adsorpsi
13
2.5.
Difraksi Sinar-X (XRD)
19
2.6.
Spektroskopi Inframerah (FTIR)
21
2.7.
Spektroskopi Serapan Atom (AAS)
21
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1.
Lokasi dan Waktu Penelitian
24
vii
3.2.
Alat dan Bahan
24
3.2.1. Alat
24
3.2.2. Bahan
24
3.3.
25
Prosedur Penelitian
3.3.1. Pembuatan Larutan Natrium Silikat
25
3.3.2. Pembuatan Silika Gel
25
3.3.3. Karakterisasi Silika
25
3.3.4. Pembuatan Larutan Baku Pb 1000 ppm dari Padatan Pb(NO3)2
26
3.3.5. Pembuatan Kurva Kalibrasi
26
3.3.6. Penentuan Massa Optimum Adsorben Silika
26
3.3.7. Penentuan Waktu Kontak Optimum
26
3.3.8. Penentuan pH Optimum
27
3.3.9. Penentuan Konsentrasi Optimum
27
3.4.
28
Bagan Alir Penelitian
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Penentuan Kadar Silika dalam Larutan Natrium Silikat
32
4.2.
Sintesis Silika Gel
34
4.3.
Karakterisasi dengan FTIR
35
4.4.
Karakterisasi dengan XRD
36
4.5.
Penentuan Massa Optimum Adsorben Silika
37
4.6.
Penentuan Waktu Kontak Optimum
39
4.7.
Penentuan pH Optimum
41
4.8.
Penentuan Konsentrasi Optimum
42
BAB V. PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
45
5.2.
Saran
45
DAFTAR PUSTAKA
46
LAMPIRAN
51
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur silika gel
9
Gambar 3.1. Pembuatan larutan natrium silikat
28
Gambar 3.2. Pembuatan silika gel
28
Gambar 3.3. Karakterisasi silika
29
Gambar 3.4. Penentuan massa optimum adsorben silika
29
Gambar 3.5. Penentuan waktu kontak optimum
30
Gambar 3.6.
Penentuan pH optimum
30
Gambar 3.7.
Penentuan konsentrasi optimum
31
Gambar 4.1. Model mekanisme rekasi pembentukkan natrium silikat
33
Gambar 4.2. Spektrum FTIR Silika yang Diperoleh dari abu vulkanik
Gambar 4.3.
Gunung Sinabung
36
Difaktogram silika gel
37
Gambar 4.4. Kurva penentuan massa optimum adsorben silika
38
Gambar 4.5. Kurva penentuan waktu kontak optimum
39
Gambar 4.6. Kurva penentuan pH optimum
41
Gambar 4.7. Kurva penentuan konsentrasi optimum
43
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Komposisi oksida unsur makro pada abu/pasir vulkanik
beberapa gunung di indonesia
Tabel 2.2. Klasifikasi abu vulkanik berdasarkan kandungan silika total
Tabel 4.1. Penentuan konsentrasi optimum larutan Pb(II)
6
7
44
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.
Perhitungan Volume NaOH yang Ditambahkan dalam
Pembuatan Larutan Natrium Silikat
51
Lampiran 2.
Penentuan Kadar Silika pada Larutan Natrium Silikat
52
Lampiran 3.
Penentuan Massa Optimum Silika
54
Lampiran 4.
Penentuan Waktu Kontak Optimum
56
Lampiran 5.
Penentuan pH Optimum
58
Lampiran 6.
Penentuan Konsentrasi Optimum
60
Lampiran 7.
Karakterisasi AAS Silika
62
Lampiran 8.
Karakterisasi FTIR Silika
64
Lampiran 9.
Karakterisasi XRD Silika
65
Lampiran 10. Data AAS Penentuan Massa Optimum Silika
67
Lampiran 11. Data AAS Penentuan Waktu Kontak Optimum
68
Lampiran 12. Data AAS Penenetuan pH Optimum
69
Lampiran 13. Data AAS Penenuan Konsentrasi Optimum
70
Lampiran 14. Dokumentasi Penelitian
71
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Indonesia dikenal sebagai negara yang mempunyai gunung berapi aktif
terbanyak (30%) di dunia. Hal ini menunjukkan bahwa daerah di Indonesia rentan
terhadap gempa bumi dan letusan gunung api (Fiantis, 2006). Gunung Sinabung
merupakan salah satu gunung berapi aktif yang terdapat di wilayah Indonesia
yang terletak di Provinsi Sumatera Utara. Data BNPB menyebutkan, semenjak
letusan akhir Agustus tahun 2010, Gunung Sinabung meletus beberapa kali,
termasuk salah satu letusan terbesar. Dan hingga saat ini, Gunung Sinabung terusmenerus mengalami erupsi dan mengeluarkan material abu vulkanik. Akibat dari
letusan gunung tersebut timbul kabut asap yang tebal berwarna hitam disertai
hujan pasir, dan abu vulkanik yang menutupi ribuan hektar tanaman para petani
yang berjarak dibawah radius enam kilometer (Barasa, dkk, 2013).
Berdasarkan penelitian Nakada dan Yoshimoto (2014) menyatakan
kandungan silika dalam abu vulkanik Gunung Sinabung adalah 58,10%.
Tingginya kandungan silika dalam abu vulkanik Gunung Sinabung merupakan
suatu hal yang menarik untuk diteliti lebih lanjut, khususnya tentang pemanfaatan
abu vulkanik tersebut sebagai bahan dasar pembuatan adsorben silika untuk
mengikat logam berat timbal (Sukarman dan Dariah, 2014).
Silika gel merupakan salah satu bahan yang berbasis silika. Silika gel
banyak digunakan dalam proses adsorpsi karena stabil pada kondisi asam, non
swelling, memiliki pertukaran massa yang tinggi, porositas dan luas permukaan
spesifik serta memiliki daya tahan tinggi terhadap panas. Selain itu silika gel
memiliki situs aktif berupa gugus silanol (-Si-OH) dan siloksan (O-Si-O) di
permukaan. Brindley dan Brown (1980) menyatakan bahwa pada umumnya silika
adalah dalam bentuk amorf terhidrat, namun bila pembakaran berlangsung terusmenerus pada suhu di atas 650°C maka tingkat kekristalinitasnya akan cenderung
naik dengan terbentuknya fasa quartz, crystobalite, dan tridymite yang merupakan
jenis kristal utama. Silika memiliki stabilitas dan kerapatan yang berbeda. Struktur
2
kristal quartz, crystobalite, dan tridymite memiliki nilai densitas masing-masing
sebesar 2,65x103 kg/m 3, 2,27x103 kg/m3, dan 2,23x103 kg/m 3 (Smallman dan
Bishop, 2000).
Penelitian mengenai pemanfaatan abu vulkanik erupsi Gunung Sinabung
sebagai bahan dasar pembuatan adsorben silika beserta karakterisasinya, pernah
dilakukan sebelumya oleh Siti Rahmadani (2015). Pada penelitian tersebut abu
vulkanik Gunung Sinabung diaktivasi dengan menggunakan asam nitrat pekat.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan tidak ada peningkatan kadar silika sebelum
dan setelah aktivasi. Pada penelitian yang dilakukan oleh Hanna Izzati, dkk
(2013) mengenai sintesis dan karakterisasi kekristalan nanosilika berbasis pasir
bancar, metode yang digunakan adalah sol-gel dengan cara direndam dalam 2M
HCl dan dilarutkan ke dalam 7M NaOH dan terbentuk larutan natrium silikat
kemudian ditambahkan 2M HCl sehingga diperoleh silika.
Salah satu logam yang sangat populer bagi masyarakat adalah timbal. Hal
ini disebabkan oleh banyaknya timbal yang digunakan di industri nonpangan dan
paling banyak menimbulkan keracunan pada makhluk hidup. Soepardi (1983)
menyatakan, “Kisaran logam berat timbal (Pb) sebagai pencemar dalam tanah
adalah 2-200 ppm dan kisaran logam berat timbal (Pb) dalam tanaman adalah 0.110 ppm.” Tanaman yang tumbuh di atas tanah yang telah tercemar akan
mengakumulasikan logam tersebut pada semua bagian (akar, batang, daun dan
buah). Ternak akan memanen logam yang ada pada tanaman dan menumpuknya
pada bagian-bagian dagingnya. Selanjutnya manusia yang termasuk ke dalam
kelompok omnivora (pemakan segalanya), akan tercemar logam tersebut dari
empat sumber utama, yaitu udara yang dihirup saat bernapas, air minum, tanaman
(sayuran dan buah-buahan), serta ternak (berupa daging, telur, dan susu).
Timbal adalah racun bagi lingkungan dan kesehatan masyarakat global.
Penelitian menunjukkan bahwa timbal yang banyak terserap oleh anak, walaupun
dalam jumlah kecil, dapat menyebabkan gangguan pada fase awal pertumbuhan
fisik dan mental yang kemudian berakibat pada fungsi kecerdasan dan
kemampuan akademik. Dalam jangka lama timbal terakumulasi pada gigi, gusi
dan tulang. Jika konsentrasi timbal meningkat, akan terjadi anemia dan kerusakan
3
fungsi otak serta kegagalan fungsi ginjal. Keracunan timbal pada orang dewasa
ditandai dengan gejala seperti pucat, sakit dan kelumpuhan. Bila pada keracunan
kronik, awalnya tidak menyebabkan gangguan kesehatan yang tampak, tetapi
semakin lama efek toksik itu menumpuk hingga akhirnya terjadi gejala keracunan.
Keracunan timbal kronik ditandai dengan depresi, sakit kepala, sulit
berkonsentrasi, daya ingat terganggu dan sulit tidur. Sedangkan keracunan akut
dapat terjadi bila timbal yang masuk ke dalam tubuh seseorang lewat makanan
atau menghirup uap timbal dalam waktu yang relatif pendek dengan dosis atau
kadar yang relatif tinggi. Gejala yang timbul berupa mual, muntah, sakit perut
hebat, kelainan fungsi otak, anemia berat, kerusakan ginjal, bahkan kematian.
Pada perempuan yang sedang hamil, timbal yang tertimbun dalam tulang akan
masuk ke janin dan asupan timbal dapat menyebabkan keguguran. Karena itulah
perlu dilakukan upaya untuk menguragi pencemaran lingkungan oleh logam berat
timbal.
Berdasarkan latar belakang di atas, mendorong peneliti untuk melakukan
penelitian tentang “Pemanfaatan dan Karakterisasi Abu Vulkanik Gunung
Sinabung Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Adsorben Silika untuk Mengikat
Logam Berat Pb(II)”.
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan
uraian
latar
belakang
masalah,
dapat
dirumuskan
permasalahan sebagai berikut:
1.
Berapakah kadar silika yang terkandung dalam abu vulkanik Gunung
Sinabung?
2.
Bagaimanakah karakteristik silika yang diperoleh dari abu vulkanik
Gunung Sinabung dengan XRF, AAS, FTIR, dan XRD?
3.
Berapakah kondisi optimum massa, waktu kontak, pH, dan konsentrasi
terhadap penyerapan logam Pb(II) oleh adsorben silika?
4
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1.
Abu vulkanik yang digunakan dalam penelitian adalah abu hasil erupsi
Gunung Sinabung yang diambil dari Desa Berastepu, Simpang Empat,
Karo (radius 1,5 km).
2.
Karakteristik silika pada abu vulkanik Gunung Sinabung dilakukan
dengan menggunakan XRF, AAS, FTIR, dan XRD.
3.
Logam yang digunakan sebagai adsorbat adalah logam Pb(II).
4.
Metode adsorpsi logam Pb(II) menggunakan metode batch.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
Mengetahui kadar silika yang diperoleh dari abu vulkanik Gunung
Sinabung.
2.
Mengetahui karakteristik silika yang diperoleh dari abu vulkanik Gunung
Sinabung.
3.
Mengetahui kondisi optimum penyerapan logam Pb(II) oleh adsorben
silika.
1.5.
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1.
Menambah informasi ilmiah yang terkait dengan adsorpsi logam Pb(II)
oleh adsorben silika yang diperoleh dari abu vulkanik Gunung Sinabung
dengan metode batch.
2.
Sebagai informasi kepada pembaca tentang kadar silika yang terkandung
pada abu vulkanik Gunung Sinabung.
3.
Sebagai bahan referensi untuk penelitian yang terkait sintesis dan
karakterisasi silika dari abu vulkanik Gunung Sinabung.
45
BAB V
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan bahwa:
1.
Kadar silika hasil sinesis dari abu vulkanik Gunung Sinabung yang
diambil dari Desa Berastepu, Karo (radius 1,5 km) yang dianalisis
dengan AAS sebesar 17,85%.
2.
Hasil karakterisasi menggunakan FTIR menunjukkan bahwa pada silika
gel hasil sintesis dari abu vulkanik Gunung Sinabung terdapat gugus
fungsi –OH dari Si-OH dan Si-O dari Si-O-Si. Hasil karakterisasi
menggunakan XRD diketahui bahwa silika gel hasil sintesis memiliki
struktur amorf.
3.
Massa optimum adsorben silika untuk penyerapan ion logam Pb(II) yaitu
0,25 gram dengan jumlah ion logam Pb(II) yang terjerap sebesar
9,8801x10-6 mol/g. Waktu kontak optimum adsorpsi ion logam Pb(II)
oleh silika hasil sintesis yaitu 40 menit dengan jumlah ion logam Pb(II)
yang terjerap sebanyak 9,9091x10-6 mol/g. pH optimum adsorpsi ion
logam Pb(II) oleh silika yaitu pada pH 7 dengan jumlah ion logam Pb(II)
yang terjerap sebanyak 9,5845x10-6 mol/g. Dan konsentrasi optimum
adsorpsi ion logam Pb(II) oleh silika yaitu pada konsentrasi 110 ppm
dengan jumlah ion logam Pb(II) yang terjerap sebanyak 2,3103x10-5
mol/g.
5.2.
Saran
1.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai kemampuan silika gel
dari abu vulkanik Gunung Sinabung untuk penyerapan logam lain.
2.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai karakterisasi silika gel
untuk mengetahui luas pori dan bentuk permukaan silika.
3.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang optimasi massa adsorben
silika dan waktu kontak adsorpsi dengan variasi yang berbeda.
46
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, (2010), Waspada Gunung Sinabung, http://www.medanmagazine.com
Anda, M., dan Sarwani, M., (2012), Mineralogical, Chemical Composition and
Dissolution of Fresh Ash Eruption: New Potential Source of Nutrients, Soil
Science Society of America Journal 76:733-747
Asmuni, (2000), Karakterisasi Pasir Kuarsa (SiO2) dengan Metode XRD,
Laporan Hasil Penelitian, FMIPA Universitas Sumatera Utara, Medan
Atkins, P., W., (1999), Kimia Fisika 2, Penerbit Erlangga, Jakarta
Ayu, Annisa M., Wardhani S., Darjito, (2013), Studi Pengaruh Konsentrasi NaOH
dan pH terhadap Sintesis Silika Xerogel Berbahan Dasar Pasir Kuarsa,
Kimia Student Journal 2(2): 517-523
Badan Geologi, http://pvmbg.bgl.esdm.go.id
Bakri, R., (2008), Kaolin Sebagai Sumber SiO2 untuk Pembuatan Katalis
Ni/SiO2: Karakterisasi dan Uji Katalis pada Hidrogeasi Benzena Menjadi
Sikloheksana, Jurnal Sains 12: 37-42
Barasa, R. F., Rauf, A., Sembiring, M., (2013), Dampak Debu Vulkanik Letusan
Gunung Sinabung Terhadap Kadar Cu, Pb, Dan B Tanah Di Kabupaten
Karo, Jurnal Online Agroekoteknologi 1(4): 1288-1297
Basset, J., Denney, R. C., Jeffrey, G. H., Mendhom, J., (1994), Buku Ajar Vogel:
Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik, Kedokteran EGC, Jakarta
Bird, T., (1987), Kimia Fisika untuk Universitas, Jakarta, Gramedia
Blais, J. F., Dufresne, B., Mercier, G., (2000), State of The Art of Technologies
for Metal Removal from Industrial Effluents, Rev. Sci. Eau 12(4): 687-711
Bragman, C. P., dan Goncalves, M. R. F., (2006), Thermal Insulators Made with
Rice Husk Ashes: Production and Correlation Betwen Properties and
Microstructure, Construction and Building Materials 21: 2059-2065
Brindley, G. W., dan Brown, G., (1980), Crystal Structures of Clay Minerals and
Their X-Ray Identification, Mineralogical Society, London
Candrasekhar, S., Satyanarayana, K. G., Pramada, P. N., dan Raghavan, P.,
(2003), Review Processing, Properties and Applications of Reactive Silica
from Rice Husk An Overview, Journal of Materials Science 38: 3159-3168
47
Cotton, F. A., dan Wilkinson, G., (1989), Kimia Dasar Anorganik, Penerbit
Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta
Daifullah, A. A. M., Girgis B. S., Gad, H. M. H., (2003), Utilization of AgroResidues (Rice Husk) in Small Waste Water Treatment Plans, Material
Letters 57: 1723-1731
Darmono, (1995), Logam dalam Sistem Biologi, Penerbit Universitas Indonesia
(UI-Press), Jakarta
Dudal, R., dan Soepraptohardjo M., (1960), Some Consideration on The Genetic
Relationship Between Latosols and Andosols in Java (Indonesia), Trans of
7th Int. Cong. of Soil Sci. 4: 229-237
Fardiaz, S., (1992), Polusi Air dan Udara, Penerbit Kanisius, Yogyakarta
Fatmawati, (2006), Kajian Adsorpi Cd(II) oleh Biomassa Potamogeton
(Rumputnaga) yang Terimobilkan pada Silika Gel, Skripsi, FMIPA
Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru
Fiantis, D., (2006), Laju Pelapukan Kimia Debu Vulkanis Gunung Talang dan
Pengaruhnya Terhadap Proses Pembentukan Mineral Liat Non-Kristalin,
Artikel Penelitian, Universitas Andalas, Padang
Fiantis, D., Nelson, M., Shamshuddin, J., Goh, T. B., dan Van R. E., (2011),
Changes in The Chemical and Mineralogical Properties of Mt. Talang
Volcanic Ash in West Sumatra During The Initial Weathering Phase, Soil
Science and Plant Analysis 42: 569-585
Gaol, L. D. L., (2001), Studi Awal Pemanfaatan Beberapa Jenis Karbon Aktif
Sebagai Adsorben. Seminar, FT Universitas Indonesia, Jakarta
Girard, J.E., (2010), Principles of Environmental Chemistry, Jones and Bartlett
Publishers, USA
Global Volcanism Program, (2008), Sinabung, http://www.volcano.si.edo.com
Handayani, M., dan Sulistiyono, E., (2009), Uji Persamaan Langmuir dan
Freundlich pada Penyerapan Limbah Chrom (VI) oleh Zeolit. Prosiding
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir,130-136
Handoyo, K., (1996), Kimia Anorganik, Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta
Iler, R. K., (1979), The Chemistry of Silica, Wiley, New York
48
Izzati, H. E., Nisak F., Munasir, (2013), Sintesis dan Karakterisasi Kekristalan
Nanosilika Berbasir Pasir Bancar, Jurnal Inovasi Fisika Indonesia 2(3): 1922
Junaedi, N. F., Maricar, H. F., Selintung, M., (2015), Pemanfaatan Arang Sekam
Padi Sebagai Adsorben untuk Menurunkan Ion Logam Berat dalam Air
Limbah Timbal (Pb)
Kalapathy, U., Proctor, A., dan Shultz, J., (2000), A Simple Method for
Production of Pure Silica From Rice Hull Ash, Bioresource Technology 73:
257-262
Keenan, C. W., Kleinfelter, D. C., Wood, J. H., (1992), Ilmu Kimia untuk
Universitas Edisi Keenam. Jilid 2, Penerbit Erlangga, Jakarta
Khopkar, S. M., (1990), Konsep Dasar Kimia Analitik, Universitas Indonesia (UIPress), Jakarta
Kundari, N. A., Slamet, Wiyuniati, (2008), Tinjauan Kesetimbangan Adsorpsi
Tembaga dalam Limbah Pencuci PCB dengan Zeolit, Seminar Nasional IV
SDM Teknologi Nuklir
Lestari, I., dan Sanova, A., (2011), Penyerapan Logam Berat Kadmium (Cd)
Menggunakan Kitosan Hasil Transformasi Kitin dari Kulit Udang (Penaeus
sp), ISSN 0852-8349 13(1): 9-14
Masramdhani,
A.,
(2011),
Silikon
dioksida
(Silicon
dioxide),
http://adimasramdhani.wordpress.com/2011/03/13/silikon-dioksida-silicondioxide/
Mori, H., (2003), Extraction of Silicon Dioxide from Waste Colored Glasses by
Alkali Fusion Using Sodium Hydroxide, Journal of the Ceramic Society of
Japan 111(6): 376-381
Nakada, S., dan Yoshimoto, M.,. (2014), Eruptive Activity of Sinabung Volcano
in 2013 and 2014, Earthquake Research Institute, The University of Tokyo
Nurhasni, (2002), Penggunaan Genjer (Limnocharis Flava) Untuk Menyerap Ion
Kadmium, Kromium, dan Tembaga Dalam Air Limbah, Tesis, Universitas
Andalas, Padang
Nuryono, Susanti V. V. H., Narsito, (2003), Kinetic Study on Adsorption of
Chromium (III) to Diatomaceous Earth Pre-Treated with Sulfuric and
Hydrochloric Acids, Indo J. Chem 3: 32-38
Oscik, J., (1982), Adsorption, John Wiley and Sons, New York
49
Osipow, L. S., (1962), Surface Chemistry: Theory and Industrial Applications,
Reinhold Publishing Coorporation, New York
Rahmadani, S., (2015), Pemanfaatan Abu Vulkanik Erupsi Gunung Sinabung
Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Adsorben Silika dan Karakerisasinya,
Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan
Rapierna, A., (2012), Sintesis dan Pemanfaatan Membran Kitosan-Silika Sebagai
Membran Pemisah Ion Logam Zn 2+ dan Fe2+ , Tugas Akhir II, FMIPA,
UNNES, Semarang
Refilda, Zein, R., Rahmayeni, (2001), Pemanfaatan Ampas Tebu Sebagai Bahan
Alternatif Pengganti Penyerap Sintetik Logam-logam Berat Pada Air
Limbah, Skripsi, Universitas Andalas, Padang
Reza, E., (2002), Studi Literatur Perancangan Awal Alat Adsorpsi Regenerasi
Karbon Aktif. Seminar
Riapanitra, A., Setyaningtyas, T., Riyani, K., (2006), Penentuan Waktu Kontak
dan pH Optimum Penyerapan Metilen Biru Menggunakan Abu Sekam Padi,
J. Molekul 1(1): 41-44
Sembiring, Z., Buhani, Suharso, Surnadi, (2009), Isoterm Adsorpsi Ion Pb(II),
Cu(II), dan Cd(II) pada Biomassa Nannochloropsis, sp yang Dienkapsulasi
Akuagel Silika, Indo J. Chem 9(1): 1-5
Shoji, S., Dahlgren, R., Nanzyo, M., (1993), Volcanic Ash Soils. Genesis,
Properties and Utilizations. Development in Soil Science, Elsevier 21: 288
Smallman, R. E., dan Bishop, R. J., (2000), Metalurgi Fisik Modern dan
Rekayasa Material, Penerbit Erlangga, Jakarta
Soepardi, G., (1983), Sifat dan Ciri Tanah, Fakultas Pertanian Institut Pertanian
Bogor, Bogor
Standar Nasional Indonesia, (2009), SNI 7387:2009. Batas Maksimum Cemaran
Logam Berat dalam Pangan, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta
Sudaryo dan Sucipto, (2009), Identifikasi dan Penentuan Logam Berat pada Tanah
Vulkanik di Daerah Cangkringan, Kabupaten Sleman dengan Metode
Analisis Aktivasi Neutron Cepat, Seminar Nasional V SDM Teknologi,
Yogyakarta
Sukarman dan Dariah, A., (2014), Tanah Andosol di Indonesia. Karakteristik,
Potensi, Kendala, dan Pengelolaannya untuk Pertanian, Balai Besar
Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian, Bogor
50
Sunu, P., (2001), Melindungi Lingkungan dengan Menerapkan ISO 14001,
Penerbit PT. Grasindo, Jakarta
Suryana, N., (2001), Teori Instrumentasi dan Teknik Analisa AAS, Pusat
Pengujian Mutu Barang, Jakarta
Svehla, G., (1985), Vogel Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro Dan
Semimikro Edisi ke Lima, PT. Kalman Media Pusaka, Jakarta
Syahmani dan Sholahudin, A., (2007), Reduksi Fe, Mn dan Padatan Terlarut
dalam Air Hitam dengan Kitin dan Kitosan Isolat Limbah Kulit Udang
melalui Sistem Kolom, Laporan Penelitian Dosen Muda, FKIP Universitas
Lampung, Banjarmasin
Tim Fakultas Pertanian USU, (2014), Debu Vulkanik Sinabung Dapat
Menyuburkan Tanah, http://usu.ac.id/id/article/776/tim-fakultas-pertanianusu-debu-vulkanik-sinabung-dapat-menyuburkan-tanah
Tim Faperta UGM, (2014), Dampak Erupsi Gunung Kelud Terhadap Lahan
Pertanian, Yogyakarta
Trivana, L., Sugiarti, S., Rohaeti, E., (2015), Sintesis dan Karakterisasi Natrium
Silikat (Na2SiO3) dari Sekam Padi, Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
7(2): 66-75
Wijayanti, Ria., (2009), Arang Aktif dari Ampas Tebu Sebagai Adsorben pada
Pemurnian Minyak Goreng Bekas, Skripsi, IPB, Bogor