Pemanfaatan Kulit Jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) Sebagai Adsorben Dalam Penyerapan Logam Cd (II) Pada Limbah Cair Industri Pelapisan Logam
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Tumbuhan jengkol adalah tumbuhan khas di wilayah Asia Tenggara. Bijinya
digemari di Malaysia, Thailand, dan Indonesia sebagai bahan pangan. Tumbuhan ini
juga banyak ditemukan di Malaysia dan Thailand. Namun, asal-usul tanaman jengkol
tidak diketahui dengan pasti. Di Sumatera, Jawa Barat, dan Jawa Tengah, tumbuhan
jengkol banyak ditanam di kebun atau pekarangan secara sederhana [1]. Jengkol
merupakan bagian dari 3 komponen utama yaitu: daging buah, kulit ari dan kulit
jengkol. Bagian Kulit jengkol sebesar 30-40% berat jengkol. Menurut data statistik
produksi holtikultura tumbuhan jengkol pada tahun 2014 Luas panen di Indonesia
memiliki luas 6.678 ha dengan potensi rata-rata hasil 8,04 Ton/ha, sementara untuk
daerah sumatera Utara memiliki potensi 333 Ha dengan hasil rata-rata 10,71 ton/ha,
dimana jumlah tersebut lebih besar dari rata-rata potensi semua provinsi di Indonesia
sebesar 8,04 Ton/ha. Bila dihitung potensi pencemaran limbah kulit jengkol di
daerah Sumatera Utara mencapai 4,28 ton/ha atau 1.398,6 ton/tahun [2]. Kulit
Jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) selama ini tergolong limbah organik yang
berserakan di pasar tradisional dan tidak memberikan manfaat. Sebagai contoh
sampah organik ini mengotori lingkungan dan parahnya turut memberi kontribusi
pada banjir yang terjadi di daerah Medan [3]. Tidak hanya di propinsi Sumatera
Utara, di propinsi lain juga sampah organik ini tidak dimanfaatkan. Bahkan
pemerintah daerah Pontianak mengeluarkan peraturan untuk menangkap masyarakat
yang membuang kulit jengkol sembarangan [4].
Untuk mengatasi hal tersebut, perlu di lakukan inovasi dengan menggunakan
kulit jengkol sebagai adsorben. Kulit jengkol merupakan sampah pertanian yang bisa
dijadikan sebagai biosorben dengan biaya yang sangat murah. Kulit jengkol yang
keras sampai saat ini masih merupakan limbah yang tidak termanfaatkan dan tidak
mempunyai nilai ekonomis, padahal kulit jengkol mengandung beberapa senyawasenyawa
aktif
seperti
alkaloid,
flavonoid,
glikosida
antrakinon,
tannin,
triterpenoid/steroid, dan saponin [5]. Selain kandungan diatas kulit jengkol juga
1
Universitas Sumatera Utara
memiliki unsur karbon sebesar 44,02%, yang diyakini unsur paling penting dapat
dijadikannya kulit jengkol sebagai adsorben [6].
Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion
logam dalam limbah cair ataupun industri pelapisan logam diantaranya adalah
adsorpsi, pengendapan, penukar ion dengan menggunakan resin, dan filtrasi.
Diantara metode-metode tersebut, adsorpsi merupakan metode yang paling umum
dipakai karena memiliki konsep yang lebih sederhana dan ekonomis [7]. Proses
adsorpsi merupakan bagian dari pengolahan limbah dimana biasanya dilakukan pada
tahap filtrasi dengan menggunakan beberapa adsorben seperti pelet, zeolite, karbon
aktif, gel slika, alumina aktif, dan biosorben. Bahan-bahan yang sering diganakan
dalam pembuatan adsorben yaitu bahan senyawa organik seperti: limbah pertanian,
kulit kerang, slika, dan kulit jengkol.
Limbah logam berat banyak terdapat didalam beberapa limbah industri kimia,
misalnya pada industri elektroplating, metalurgi, smelting. Logam-logam berat yang
dihasilkan antara lain nikel, merkuri, tembaga, krom, timbal, seng, kadmium. Logam
berat dalam limbah biasanya berada dalam berbagai kondisi seperti: tidak larut,
terlarut, anorganik, tereduksi, teroksidasi, logam bebas, terpresipitasi, terserap [8].
Elektroplating merupakan suatu proses pelapisan logam secara elektrolisis melalui
penggunaan arus searah (direct current atau DC) dan larutan kimia (elektrolit) yang
berfungsi sebagai penyedia ion-ion logam membentuk endapan (lapisan) logam pada
elektroda katoda. Elektroplating pada baja pada dasarnya dilakukan dengan tujuan
untuk melindungi permukaan baja dari serangan korosi karena logam pelapis tersebut
akan memutus interaksi dengan lingkungan sehingga terhindar dari proses oksida [9].
Sifat karakteristik limbah industri elektroplating yaitu: pH 2; Cr 311,09 ppm; Ni 2,7
ppm; Cd 12-24 ppm; Zn 31,85; Fe 44,64; TDS 306 ppm; COD 777,54 ppm [10].
Kadmium (Cd) merupakan logam berat yang paling banyak ditemukan pada
lingkungan, khususnya lingkungan perairan, serta memiliki efek toksik yang tinggi,
bahkan pada konsentrasi yang rendah. Kadmium diketahui memiliki waktu paruh
yang panjang dalam tubuh organisme hidup dan umumnya terakumulasi di dalam
hepar dan ginjal. Pada manusia, kadmium dapat bersifat karsinogenik, merusak
kelenjar endokrin, sistem kardiovaskular dan juga terdapat pada sistem saraf yang
2
Universitas Sumatera Utara
memicu kerusakan neurologis dan berasosiasi dengan kanker paru-paru, prostat,
pankreas dan ginjal [11].
Melihat standarisasi Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03
tahun 2010 baku mutu air limbah bagi kawasan industri terkhusus untuk logam
kadmium kadar maksimum yaitu 0,1 mg/L. Jika kadar logam yang di buang ke
lingkunga melebihi standar maka hal ini dapat menimbulkan masalah yang serius
baik terhadap masyarakat dan juga Negara. Meningkatnya pertumbuhan manusia
serta kemajuan teknologi mendorong tingkat pencemaran logam berat pada
lingkungan semakin mengkhawatirkan, baik berupa limbah padat, cair dan gas yang
di hasilkan industri.
. Berbagai penelitian telah di lakukan dengan memanfaatkan limbah kulit
jengkol sebagai adsorbsi. Diantaranya penyerapan ion logam Cd (II) dan Zn (II)
dengan aktivasi menggunakan HNO3 pada suhu ruangan dan proses adsorpsi dengan
variasi pH, konsentrasi logam, waktu kontak, massa adsorben dan pengadukan [5].
Hal yang sama juga dilakukan untuk penyerapan ion logam Pb (II) dan Cu (II) [12].
Namun peneliti menganggap penyerapan dengan pemanfaatan kulit jengkol yang
dilakukan sebelumnya belum maksimal terutama pada proses aktivasi yang
menggunakan suhu ruangan.
Oleh sebab itu peneliti mencoba memaksimalkan pemanfaatan kulit jengkol
sebagai adsorben dengan metode menaikkan suhu aktivasinya. Selanjutnya akan
mengaplikasikannya untuk penyerapan logam kadmium (Cd) pada industri
elektroplating.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana efektivitas penggunaan
adsorben kulit jengkol yang paling optimal dalam menurunkan kandungan kadmium
dalam limbah cair industri pelapisan logam.
3
Universitas Sumatera Utara
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini, antara lain :
1.
Mengetahui suhu aktivasi, waktu aktivasi, suhu pengeringan, waktu pengeringan
dan rasio kulit jengkol dengan asam nitrat terhadap bilangan iodin dalam
pembuatan adsorben kulit jengkol.
2.
Mengetahui massa adsorben yang optimum pada rentang penelitian untuk
menurunkan kadar logam kadmium (Cd) dalam limbah cair industri pelapisan
logam.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat dari penelitian ini, antara lain :
1.
Adsorben yang dihasilkan dapat digunakan dalam berbagai aplikasi penjernihan
limbah cair.
2.
Memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi pihak terkait dalam pengolahan
limbah cair industri pelapisan logam untuk menurunkan kandungan logam
kadmium menggunakan adsorben dari kulit jengkol.
3.
Dapat dilakukan proses pengolahan limbah cair industri pelapisan logam yang
lebih ekonomis.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan
Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi,
Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian
ini yaitu kulit jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) dan limbah cair industri
pelapisan logam.
4
Universitas Sumatera Utara
Variabel yang digunakan adalah :
Pembuatan Adsorben Kulit Jengkol :
a.
Variabel Tetap :
1.
b.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
[5]
Variabel Berubah :
1.
Suhu Aktivasi
= 70, 80, 90 oC
2.
Waktu Aktivasi
= 60, 90, 120 menit
3.
Suhu Pengeringan
= 100, 110, 120 oC
4.
Waktu Pengeringan
= 60, 90, 120 menit
5.
Rasio Kulit Jengkol : Asam Nitrat (b:v) = 20:0,5, 20:1, 20:2 (mg/mL)
Adsorpsi Limbah Cair Pelapisan Logam :
a.
b.
Variabel tetap :
1.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
[5]
2.
Volume Limbah Cair
= 50 mL
3.
Kecepatan Pengadukan
= 150 rpm
[5]
4.
Waktu Kontak
= 15 menit
[5]
5.
pH
= 5
[13]
Variabel berubah :
1.
Massa Adsorben
= 0,5 ; 1 ; 1,5 gr/50 mL limbah cair
Parameter yang dianalisa adalah :
a.
Analisa pada adsorben
1.
Analisa bilangan iodin.
2.
Analisa karakteristik gugus fungsi dengan spektrofotometri FTIR sebelum
dan sesudah proses aktivasi dan sesudah proses adsorpsi.
b.
Analisa pada limbah cair
1.
Analisa pH.
2.
Analisa kandungan Cd (II) sebelum dan sesudah proses adsorpsi dengan
menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Tumbuhan jengkol adalah tumbuhan khas di wilayah Asia Tenggara. Bijinya
digemari di Malaysia, Thailand, dan Indonesia sebagai bahan pangan. Tumbuhan ini
juga banyak ditemukan di Malaysia dan Thailand. Namun, asal-usul tanaman jengkol
tidak diketahui dengan pasti. Di Sumatera, Jawa Barat, dan Jawa Tengah, tumbuhan
jengkol banyak ditanam di kebun atau pekarangan secara sederhana [1]. Jengkol
merupakan bagian dari 3 komponen utama yaitu: daging buah, kulit ari dan kulit
jengkol. Bagian Kulit jengkol sebesar 30-40% berat jengkol. Menurut data statistik
produksi holtikultura tumbuhan jengkol pada tahun 2014 Luas panen di Indonesia
memiliki luas 6.678 ha dengan potensi rata-rata hasil 8,04 Ton/ha, sementara untuk
daerah sumatera Utara memiliki potensi 333 Ha dengan hasil rata-rata 10,71 ton/ha,
dimana jumlah tersebut lebih besar dari rata-rata potensi semua provinsi di Indonesia
sebesar 8,04 Ton/ha. Bila dihitung potensi pencemaran limbah kulit jengkol di
daerah Sumatera Utara mencapai 4,28 ton/ha atau 1.398,6 ton/tahun [2]. Kulit
Jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) selama ini tergolong limbah organik yang
berserakan di pasar tradisional dan tidak memberikan manfaat. Sebagai contoh
sampah organik ini mengotori lingkungan dan parahnya turut memberi kontribusi
pada banjir yang terjadi di daerah Medan [3]. Tidak hanya di propinsi Sumatera
Utara, di propinsi lain juga sampah organik ini tidak dimanfaatkan. Bahkan
pemerintah daerah Pontianak mengeluarkan peraturan untuk menangkap masyarakat
yang membuang kulit jengkol sembarangan [4].
Untuk mengatasi hal tersebut, perlu di lakukan inovasi dengan menggunakan
kulit jengkol sebagai adsorben. Kulit jengkol merupakan sampah pertanian yang bisa
dijadikan sebagai biosorben dengan biaya yang sangat murah. Kulit jengkol yang
keras sampai saat ini masih merupakan limbah yang tidak termanfaatkan dan tidak
mempunyai nilai ekonomis, padahal kulit jengkol mengandung beberapa senyawasenyawa
aktif
seperti
alkaloid,
flavonoid,
glikosida
antrakinon,
tannin,
triterpenoid/steroid, dan saponin [5]. Selain kandungan diatas kulit jengkol juga
1
Universitas Sumatera Utara
memiliki unsur karbon sebesar 44,02%, yang diyakini unsur paling penting dapat
dijadikannya kulit jengkol sebagai adsorben [6].
Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion
logam dalam limbah cair ataupun industri pelapisan logam diantaranya adalah
adsorpsi, pengendapan, penukar ion dengan menggunakan resin, dan filtrasi.
Diantara metode-metode tersebut, adsorpsi merupakan metode yang paling umum
dipakai karena memiliki konsep yang lebih sederhana dan ekonomis [7]. Proses
adsorpsi merupakan bagian dari pengolahan limbah dimana biasanya dilakukan pada
tahap filtrasi dengan menggunakan beberapa adsorben seperti pelet, zeolite, karbon
aktif, gel slika, alumina aktif, dan biosorben. Bahan-bahan yang sering diganakan
dalam pembuatan adsorben yaitu bahan senyawa organik seperti: limbah pertanian,
kulit kerang, slika, dan kulit jengkol.
Limbah logam berat banyak terdapat didalam beberapa limbah industri kimia,
misalnya pada industri elektroplating, metalurgi, smelting. Logam-logam berat yang
dihasilkan antara lain nikel, merkuri, tembaga, krom, timbal, seng, kadmium. Logam
berat dalam limbah biasanya berada dalam berbagai kondisi seperti: tidak larut,
terlarut, anorganik, tereduksi, teroksidasi, logam bebas, terpresipitasi, terserap [8].
Elektroplating merupakan suatu proses pelapisan logam secara elektrolisis melalui
penggunaan arus searah (direct current atau DC) dan larutan kimia (elektrolit) yang
berfungsi sebagai penyedia ion-ion logam membentuk endapan (lapisan) logam pada
elektroda katoda. Elektroplating pada baja pada dasarnya dilakukan dengan tujuan
untuk melindungi permukaan baja dari serangan korosi karena logam pelapis tersebut
akan memutus interaksi dengan lingkungan sehingga terhindar dari proses oksida [9].
Sifat karakteristik limbah industri elektroplating yaitu: pH 2; Cr 311,09 ppm; Ni 2,7
ppm; Cd 12-24 ppm; Zn 31,85; Fe 44,64; TDS 306 ppm; COD 777,54 ppm [10].
Kadmium (Cd) merupakan logam berat yang paling banyak ditemukan pada
lingkungan, khususnya lingkungan perairan, serta memiliki efek toksik yang tinggi,
bahkan pada konsentrasi yang rendah. Kadmium diketahui memiliki waktu paruh
yang panjang dalam tubuh organisme hidup dan umumnya terakumulasi di dalam
hepar dan ginjal. Pada manusia, kadmium dapat bersifat karsinogenik, merusak
kelenjar endokrin, sistem kardiovaskular dan juga terdapat pada sistem saraf yang
2
Universitas Sumatera Utara
memicu kerusakan neurologis dan berasosiasi dengan kanker paru-paru, prostat,
pankreas dan ginjal [11].
Melihat standarisasi Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03
tahun 2010 baku mutu air limbah bagi kawasan industri terkhusus untuk logam
kadmium kadar maksimum yaitu 0,1 mg/L. Jika kadar logam yang di buang ke
lingkunga melebihi standar maka hal ini dapat menimbulkan masalah yang serius
baik terhadap masyarakat dan juga Negara. Meningkatnya pertumbuhan manusia
serta kemajuan teknologi mendorong tingkat pencemaran logam berat pada
lingkungan semakin mengkhawatirkan, baik berupa limbah padat, cair dan gas yang
di hasilkan industri.
. Berbagai penelitian telah di lakukan dengan memanfaatkan limbah kulit
jengkol sebagai adsorbsi. Diantaranya penyerapan ion logam Cd (II) dan Zn (II)
dengan aktivasi menggunakan HNO3 pada suhu ruangan dan proses adsorpsi dengan
variasi pH, konsentrasi logam, waktu kontak, massa adsorben dan pengadukan [5].
Hal yang sama juga dilakukan untuk penyerapan ion logam Pb (II) dan Cu (II) [12].
Namun peneliti menganggap penyerapan dengan pemanfaatan kulit jengkol yang
dilakukan sebelumnya belum maksimal terutama pada proses aktivasi yang
menggunakan suhu ruangan.
Oleh sebab itu peneliti mencoba memaksimalkan pemanfaatan kulit jengkol
sebagai adsorben dengan metode menaikkan suhu aktivasinya. Selanjutnya akan
mengaplikasikannya untuk penyerapan logam kadmium (Cd) pada industri
elektroplating.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana efektivitas penggunaan
adsorben kulit jengkol yang paling optimal dalam menurunkan kandungan kadmium
dalam limbah cair industri pelapisan logam.
3
Universitas Sumatera Utara
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini, antara lain :
1.
Mengetahui suhu aktivasi, waktu aktivasi, suhu pengeringan, waktu pengeringan
dan rasio kulit jengkol dengan asam nitrat terhadap bilangan iodin dalam
pembuatan adsorben kulit jengkol.
2.
Mengetahui massa adsorben yang optimum pada rentang penelitian untuk
menurunkan kadar logam kadmium (Cd) dalam limbah cair industri pelapisan
logam.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat dari penelitian ini, antara lain :
1.
Adsorben yang dihasilkan dapat digunakan dalam berbagai aplikasi penjernihan
limbah cair.
2.
Memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi pihak terkait dalam pengolahan
limbah cair industri pelapisan logam untuk menurunkan kandungan logam
kadmium menggunakan adsorben dari kulit jengkol.
3.
Dapat dilakukan proses pengolahan limbah cair industri pelapisan logam yang
lebih ekonomis.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan
Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi,
Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian
ini yaitu kulit jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) dan limbah cair industri
pelapisan logam.
4
Universitas Sumatera Utara
Variabel yang digunakan adalah :
Pembuatan Adsorben Kulit Jengkol :
a.
Variabel Tetap :
1.
b.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
[5]
Variabel Berubah :
1.
Suhu Aktivasi
= 70, 80, 90 oC
2.
Waktu Aktivasi
= 60, 90, 120 menit
3.
Suhu Pengeringan
= 100, 110, 120 oC
4.
Waktu Pengeringan
= 60, 90, 120 menit
5.
Rasio Kulit Jengkol : Asam Nitrat (b:v) = 20:0,5, 20:1, 20:2 (mg/mL)
Adsorpsi Limbah Cair Pelapisan Logam :
a.
b.
Variabel tetap :
1.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
[5]
2.
Volume Limbah Cair
= 50 mL
3.
Kecepatan Pengadukan
= 150 rpm
[5]
4.
Waktu Kontak
= 15 menit
[5]
5.
pH
= 5
[13]
Variabel berubah :
1.
Massa Adsorben
= 0,5 ; 1 ; 1,5 gr/50 mL limbah cair
Parameter yang dianalisa adalah :
a.
Analisa pada adsorben
1.
Analisa bilangan iodin.
2.
Analisa karakteristik gugus fungsi dengan spektrofotometri FTIR sebelum
dan sesudah proses aktivasi dan sesudah proses adsorpsi.
b.
Analisa pada limbah cair
1.
Analisa pH.
2.
Analisa kandungan Cd (II) sebelum dan sesudah proses adsorpsi dengan
menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).
5
Universitas Sumatera Utara