Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dengan Menggunakan Adsorben dari Batang Jagung (Zea Mays)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam masa era global modern saat ini perkembangan industri di seluruh dunia
sudah berkembang maju. Perkembangan industri yang sangat pesat menimbulkan
beberapa masalah pada lingkungan hidup di sekitarnya. Salah satu permasalahan
yang sangat mengkhawatirkan adalah pencemaran ion logam dari limbah industri.
Pencemaran oleh kandungan logam berat dalam air limbah industri telah
menimbulkan banyak masalah lingkungan yang serius karena bersifat beracun dan
tidak dapat terurai [1]. Oleh karena itu, pencemaran ion logam merupakan
permasalahan terbesar di dunia karena ion logam berat dapat bergabung dengan
rantai makanan sehingga dapat menyebabkan berbagai penyakit dan mutasi gen [2].
Salah satu contoh logam berat yang sangat berbahaya adalah logam kadmium (Cd)
[3]. Adapun dampak negatif logam Cd dalam tubuh manusia yaitu dapat
menghambat kerja paru-paru, kanker paru-paru, mual, muntah, diare, kram, anemia,
kerusakan ginjal dan hati. Oleh karena itu, logam berat berbahaya ini dapat
mengganggu kehidupan organisme di lingkungan jika keberadaannya melampaui
ambang batas [4]. Maka, metode adsorpsi adalah salah satu cara yang dapat
digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah cair [3].
Adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai karena memiliki konsep
yang lebih sederhana dan juga ekonomis. Proses adsorpsi yang paling berperan
adalah adsorben. Dewasa ini telah dikembangkan metode adsorpsi dengan
menggunakan biomassa tumbuhan yang dikenal dengan bioadsorben. Dasar
pemikiran dari bioadsorben adalah dengan mengunakan biomassa tumbuhan yang
telah mati sebagai pengikat ion logam [5].
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang penting, selain gandum
dan padi [6]. Permintaan jagung di Indonesia maupun di dunia internasional kini
berlangsung sangat dinamis. Permintaan jagung di Indonesia juga disebabkan oleh
peningkatan jumlah penduduk dan pesatnya sektor industri yang membutuhkan
bahan baku jagung. Kenaikan produktivitas ini sebagian besar didominasi oleh
jagung hibrida yang mempunyai nilai sifat-sifat unggul dibandingkan dengan jagung
1
Universitas Sumatera Utara
lokal [7]. Dalam 5 tahun terakhir, produktivitas jagung di Indonesia mencapai ratarata 4,59 ton/ha dan mengalami peningkatan mulai dari 4,24 ton/ha pada tahun 2009
menjadi 4,80 ton/ha pada tahun 2013 [8].
Berikut perkembangan data luas panen dan produksi jagung di Indonesia pada
lima tahun (2009-2013) yang disajikan pada Tabel 1.1
Tabel 1.1 Luas Panen dan Produksi Jagung Indonesia Tahun 2009-2013
No
1
2
Indonesia
Luas Panen
Jagung (m2)
Produksi
Jagung (kg)
2009
2010
2011
2012
2013
4,160,659
4,131,676
3,864,692
3,957,595
3,857,359
17,629,748
18,327,636
17,634,250
19,387,022
18,510,435
Sumber Data: Statistik Pertanian, Departemen Pertanian RI 2014.
Petani jagung hanya mengambil buah dari jagung tersebut untuk dipanen,
sedangkan kulit jagung, daun jagung dan batang jagung hanya dibakar tanpa
pemanfaatan [9]. Namun, baru-baru ini telah dipelajari batang jagung untuk
dimanfaatkan sebagai adsorben [2].
Berikut penelitian yang telah dilakukan tentang bioadsorpsi dan pembuatan
adsorben dari batang jagung yang dapat dilihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan
Ion Logam
Nama
Peneliti
(Tahun)
Fathi., et al.,
(2015)
Penelitian
-
-
-
Batang jagung
Kecepatan
pengadukan 200
rpm
C35H25N7Na2O10
S2
Massa adsorben
0,2 gram
Volume Larutan
direct red 23 =
25 ml
Suhu 318,15 K
Hasil Penelitian
pH optimum 2-3
Temperature optimum
318,15 K
Ukuran partikel yang
optimum = 0-177 dan
210-297 nm
Konsentrasi optimum
40 mg/L
-
-
Topik Kajian
Removal of
Direct Red 23
from aqueous
solution using
corn stalks:
Isotherms,
kinetics and
thermodynamic
studiesELSEVIER
2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan
Ion Logam (Lanjutan)
Nama
Peneliti
(Tahun)
Chen., et
al.,(2014)
Penelitian
Batang jagung
Menyerap
Cr(VI)
- pH 1,5-5,5
100-400 mg/L
larutan Cr
- Rentang variasi
suhu 298-323 K
- 150 rpm
- Disaring pada
0,45 μm
- Waktu kontak 60
menit
-
Vafakhah., et al., (2014)
-
Amegrissi., et al., (2013)
-
-
Hasil Penelitian
-
-
-
Batang jagung
Tongkol jagung
Menyerap Cu
70 mesh
pH 1,5-4,5
220 ppm, 1gr
adsorben
-
Batang jagung
Meyerap logam
Cr
Variasi pH 2-7,5
Variasi waktu
pengontakan
1 gr adsorben
dan 50 mesh
dalam 100 ml
larutan Cr
dalam 200 rpm
Menguji
isothermal
adsorpsi bahan
-
-
-
-
-
-
Topik Kajian
Batang jagung
Removal of
dimodifikasi untuk
Cr(VI) from
mampu menyerap ion aqueous solution
logam Cr dari larutan
using modified
Mengikuti persamaan
corn stack:
isothermal langmuir
Characteristic,
Adsorben yang
equilibrium,
dimodifikasi lebih
kinetic and
baik dari yang biasa
thermodynamic
pH optimum 4
study- ELSEVIER
waktu kesetimbangan
15 menit
kapasitas adsorpsi
sebesar 200 mg/g
pada 303 K
Waktu optimum 20
Removal of
menit pertama
copper ions from
pH optimum 4,5
electroplating
adsorben diaktifkan
effluent solutions
dengan senyawa
with nativecorn
asam
cob and corn
kapasitas adsorpsi
stalk and
sebesar 0,325
chemically
mmol/g setelah
modified corn
dimodifikasi
stalk-ELSEVIER
batang jagung
sangat bagus dalam
menyerap logam Cr
Heavy Metal
adsorben tanpa
Uptake by Agro
modifikasi
based Waste
waktu optimal pada
Materials-Global
15 menit dan konstan
Journal of
pada 90 menit
Science Frontier
pH optimum pada 2Research
2,5
Environment &
didapatkan
Earth Science
Langmuir adsorpsi
0,02
kapasitas adsorpsi
sebesar 0,375 mg/g
3
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan
Ion Logam (Lanjutan)
Nama
Peneliti
(Tahun)
Lou., et al.,
(2013)
Penelitian
- Batang jagung
- Suhu
pengeringan 273
K
- Ukurannya 100150 um
- Temperature 290,
303, 308, 313 K
- Waktu
pengaduknya 4
jam
- Kecepatan
pengadukan 180 rpm
- NH4ReO4 dan
(NH4)6Mo7O24.4
H2O
Hasil Penelitian
OCS yang DNOA(di-noctylamine, -organic
corn stalk) memiliki
adsorpsi yang tinggi
daripada DMA-OCS
(dimethylamineorganic corn stalk),
DEA-OCS
(diethylamine-organic
corn stalk), dan DIOAOCS (di-2ethylhexylamineorganic corn stalk)
Suhu optimum 303 K
Topik Kajian
Contribution of
tertiary amino
groups to Re(VII)
biosorption on
modified corn
stalk:
Competitiveness
and regularityELSEVIER
Berdasarkan uraian di atas, maka batang jagung berpotensi sebagai bahan baku
dalam pembuatan adsorben.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang akan diteliti yaitu bagaimana pengaruh bentuk
adsorben dan kecepatan pengadukan terhadap kapasitas adsorpsi ion Cd2+ dengan
menggunakan batang jagung sebagai bio-adsorben.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari pengaruh bentuk adsorben dari batang jagung terhadap
kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd).
2. Menentukan pengaruh kecepatan pengadukan terhadap kemampuan adsorpsi
ion logam kadmium (Cd).
3. Menentukan pemodelan kinetika adsorpsi dan kinetika difusi.
4
Universitas Sumatera Utara
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi bahwa limbah batang jagung dapat dijadikan bahan
baku dalam pembuatan adsorben yang selama ini diabaikan di lingkungan
masyarakat.
2. Memberikan informasi mengenai kemampuan dan kinetika adsorpsi dari
adsorben yang dibuat dari batang jagung.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan
Laboratorium
Mikrobiologi Industri, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Variabel – variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Variabel tetap yang digunakan adalah :
Bentuk dari batang jagung :
a) Lingkaran
Ketebalan bentuk 0,5 cm
b) Setengah (1/2) lingkaran
c) Seperempat (1/4) lingkaran
d) Bubuk
: 50 mesh [9]
: 70 mesh [10]
e) Suhu adsorpsi
: 25oC
f) Volume larutan solvent
: 100 mL [2]
g) pH larutan
: 4,5 [2]
h) Massa adsorben
: 1 gram
i) Konsentrasi Cd
: 50 ppm
2) Variabel bebas
1. Kecepatan Pengadukan
a) 150 rpm
b) 220 rpm [2]
a) 250 rpm
2 jam, untuk menghitung kinetika
adsorpsi
dengan
pengambilan
sampel 2 ml setiap 10 menit [11]
2. Waktu adsorpsi
5
Universitas Sumatera Utara
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang jagung
sebagai adsorben, kadmium asetat dihidrat (Cd(CH3COO)2.2H2O) sebagai sumber
kadmium (Cd2+), asam klorida (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) sebagai
pengatur pH, air (H2O) sebagai pelarut. Sedangkan alat analisis utama yang
digunakan dalam penelitian ini adalah Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Hasil
analisis yang akan diperoleh akan menggambarkan pengaruh kapasitas adsorpsi
terhadap bentuk, kecepatan pengadukan, dan menentukan pemodelan kinetik dan
difusi.
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam masa era global modern saat ini perkembangan industri di seluruh dunia
sudah berkembang maju. Perkembangan industri yang sangat pesat menimbulkan
beberapa masalah pada lingkungan hidup di sekitarnya. Salah satu permasalahan
yang sangat mengkhawatirkan adalah pencemaran ion logam dari limbah industri.
Pencemaran oleh kandungan logam berat dalam air limbah industri telah
menimbulkan banyak masalah lingkungan yang serius karena bersifat beracun dan
tidak dapat terurai [1]. Oleh karena itu, pencemaran ion logam merupakan
permasalahan terbesar di dunia karena ion logam berat dapat bergabung dengan
rantai makanan sehingga dapat menyebabkan berbagai penyakit dan mutasi gen [2].
Salah satu contoh logam berat yang sangat berbahaya adalah logam kadmium (Cd)
[3]. Adapun dampak negatif logam Cd dalam tubuh manusia yaitu dapat
menghambat kerja paru-paru, kanker paru-paru, mual, muntah, diare, kram, anemia,
kerusakan ginjal dan hati. Oleh karena itu, logam berat berbahaya ini dapat
mengganggu kehidupan organisme di lingkungan jika keberadaannya melampaui
ambang batas [4]. Maka, metode adsorpsi adalah salah satu cara yang dapat
digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah cair [3].
Adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai karena memiliki konsep
yang lebih sederhana dan juga ekonomis. Proses adsorpsi yang paling berperan
adalah adsorben. Dewasa ini telah dikembangkan metode adsorpsi dengan
menggunakan biomassa tumbuhan yang dikenal dengan bioadsorben. Dasar
pemikiran dari bioadsorben adalah dengan mengunakan biomassa tumbuhan yang
telah mati sebagai pengikat ion logam [5].
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang penting, selain gandum
dan padi [6]. Permintaan jagung di Indonesia maupun di dunia internasional kini
berlangsung sangat dinamis. Permintaan jagung di Indonesia juga disebabkan oleh
peningkatan jumlah penduduk dan pesatnya sektor industri yang membutuhkan
bahan baku jagung. Kenaikan produktivitas ini sebagian besar didominasi oleh
jagung hibrida yang mempunyai nilai sifat-sifat unggul dibandingkan dengan jagung
1
Universitas Sumatera Utara
lokal [7]. Dalam 5 tahun terakhir, produktivitas jagung di Indonesia mencapai ratarata 4,59 ton/ha dan mengalami peningkatan mulai dari 4,24 ton/ha pada tahun 2009
menjadi 4,80 ton/ha pada tahun 2013 [8].
Berikut perkembangan data luas panen dan produksi jagung di Indonesia pada
lima tahun (2009-2013) yang disajikan pada Tabel 1.1
Tabel 1.1 Luas Panen dan Produksi Jagung Indonesia Tahun 2009-2013
No
1
2
Indonesia
Luas Panen
Jagung (m2)
Produksi
Jagung (kg)
2009
2010
2011
2012
2013
4,160,659
4,131,676
3,864,692
3,957,595
3,857,359
17,629,748
18,327,636
17,634,250
19,387,022
18,510,435
Sumber Data: Statistik Pertanian, Departemen Pertanian RI 2014.
Petani jagung hanya mengambil buah dari jagung tersebut untuk dipanen,
sedangkan kulit jagung, daun jagung dan batang jagung hanya dibakar tanpa
pemanfaatan [9]. Namun, baru-baru ini telah dipelajari batang jagung untuk
dimanfaatkan sebagai adsorben [2].
Berikut penelitian yang telah dilakukan tentang bioadsorpsi dan pembuatan
adsorben dari batang jagung yang dapat dilihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan
Ion Logam
Nama
Peneliti
(Tahun)
Fathi., et al.,
(2015)
Penelitian
-
-
-
Batang jagung
Kecepatan
pengadukan 200
rpm
C35H25N7Na2O10
S2
Massa adsorben
0,2 gram
Volume Larutan
direct red 23 =
25 ml
Suhu 318,15 K
Hasil Penelitian
pH optimum 2-3
Temperature optimum
318,15 K
Ukuran partikel yang
optimum = 0-177 dan
210-297 nm
Konsentrasi optimum
40 mg/L
-
-
Topik Kajian
Removal of
Direct Red 23
from aqueous
solution using
corn stalks:
Isotherms,
kinetics and
thermodynamic
studiesELSEVIER
2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan
Ion Logam (Lanjutan)
Nama
Peneliti
(Tahun)
Chen., et
al.,(2014)
Penelitian
Batang jagung
Menyerap
Cr(VI)
- pH 1,5-5,5
100-400 mg/L
larutan Cr
- Rentang variasi
suhu 298-323 K
- 150 rpm
- Disaring pada
0,45 μm
- Waktu kontak 60
menit
-
Vafakhah., et al., (2014)
-
Amegrissi., et al., (2013)
-
-
Hasil Penelitian
-
-
-
Batang jagung
Tongkol jagung
Menyerap Cu
70 mesh
pH 1,5-4,5
220 ppm, 1gr
adsorben
-
Batang jagung
Meyerap logam
Cr
Variasi pH 2-7,5
Variasi waktu
pengontakan
1 gr adsorben
dan 50 mesh
dalam 100 ml
larutan Cr
dalam 200 rpm
Menguji
isothermal
adsorpsi bahan
-
-
-
-
-
-
Topik Kajian
Batang jagung
Removal of
dimodifikasi untuk
Cr(VI) from
mampu menyerap ion aqueous solution
logam Cr dari larutan
using modified
Mengikuti persamaan
corn stack:
isothermal langmuir
Characteristic,
Adsorben yang
equilibrium,
dimodifikasi lebih
kinetic and
baik dari yang biasa
thermodynamic
pH optimum 4
study- ELSEVIER
waktu kesetimbangan
15 menit
kapasitas adsorpsi
sebesar 200 mg/g
pada 303 K
Waktu optimum 20
Removal of
menit pertama
copper ions from
pH optimum 4,5
electroplating
adsorben diaktifkan
effluent solutions
dengan senyawa
with nativecorn
asam
cob and corn
kapasitas adsorpsi
stalk and
sebesar 0,325
chemically
mmol/g setelah
modified corn
dimodifikasi
stalk-ELSEVIER
batang jagung
sangat bagus dalam
menyerap logam Cr
Heavy Metal
adsorben tanpa
Uptake by Agro
modifikasi
based Waste
waktu optimal pada
Materials-Global
15 menit dan konstan
Journal of
pada 90 menit
Science Frontier
pH optimum pada 2Research
2,5
Environment &
didapatkan
Earth Science
Langmuir adsorpsi
0,02
kapasitas adsorpsi
sebesar 0,375 mg/g
3
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan
Ion Logam (Lanjutan)
Nama
Peneliti
(Tahun)
Lou., et al.,
(2013)
Penelitian
- Batang jagung
- Suhu
pengeringan 273
K
- Ukurannya 100150 um
- Temperature 290,
303, 308, 313 K
- Waktu
pengaduknya 4
jam
- Kecepatan
pengadukan 180 rpm
- NH4ReO4 dan
(NH4)6Mo7O24.4
H2O
Hasil Penelitian
OCS yang DNOA(di-noctylamine, -organic
corn stalk) memiliki
adsorpsi yang tinggi
daripada DMA-OCS
(dimethylamineorganic corn stalk),
DEA-OCS
(diethylamine-organic
corn stalk), dan DIOAOCS (di-2ethylhexylamineorganic corn stalk)
Suhu optimum 303 K
Topik Kajian
Contribution of
tertiary amino
groups to Re(VII)
biosorption on
modified corn
stalk:
Competitiveness
and regularityELSEVIER
Berdasarkan uraian di atas, maka batang jagung berpotensi sebagai bahan baku
dalam pembuatan adsorben.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang akan diteliti yaitu bagaimana pengaruh bentuk
adsorben dan kecepatan pengadukan terhadap kapasitas adsorpsi ion Cd2+ dengan
menggunakan batang jagung sebagai bio-adsorben.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari pengaruh bentuk adsorben dari batang jagung terhadap
kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd).
2. Menentukan pengaruh kecepatan pengadukan terhadap kemampuan adsorpsi
ion logam kadmium (Cd).
3. Menentukan pemodelan kinetika adsorpsi dan kinetika difusi.
4
Universitas Sumatera Utara
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi bahwa limbah batang jagung dapat dijadikan bahan
baku dalam pembuatan adsorben yang selama ini diabaikan di lingkungan
masyarakat.
2. Memberikan informasi mengenai kemampuan dan kinetika adsorpsi dari
adsorben yang dibuat dari batang jagung.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan
Laboratorium
Mikrobiologi Industri, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Variabel – variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Variabel tetap yang digunakan adalah :
Bentuk dari batang jagung :
a) Lingkaran
Ketebalan bentuk 0,5 cm
b) Setengah (1/2) lingkaran
c) Seperempat (1/4) lingkaran
d) Bubuk
: 50 mesh [9]
: 70 mesh [10]
e) Suhu adsorpsi
: 25oC
f) Volume larutan solvent
: 100 mL [2]
g) pH larutan
: 4,5 [2]
h) Massa adsorben
: 1 gram
i) Konsentrasi Cd
: 50 ppm
2) Variabel bebas
1. Kecepatan Pengadukan
a) 150 rpm
b) 220 rpm [2]
a) 250 rpm
2 jam, untuk menghitung kinetika
adsorpsi
dengan
pengambilan
sampel 2 ml setiap 10 menit [11]
2. Waktu adsorpsi
5
Universitas Sumatera Utara
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang jagung
sebagai adsorben, kadmium asetat dihidrat (Cd(CH3COO)2.2H2O) sebagai sumber
kadmium (Cd2+), asam klorida (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) sebagai
pengatur pH, air (H2O) sebagai pelarut. Sedangkan alat analisis utama yang
digunakan dalam penelitian ini adalah Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Hasil
analisis yang akan diperoleh akan menggambarkan pengaruh kapasitas adsorpsi
terhadap bentuk, kecepatan pengadukan, dan menentukan pemodelan kinetik dan
difusi.
6
Universitas Sumatera Utara