Remediasi Pasir Terkontaminasi Dengan Metode Batch System dengan Peningkatan Surfaktan Berbahan Baku Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Karakteristik Logam Berat
Logam berat merujuk pada elemen metal yang memiliki massa jenis tinggi dan
beracun bahkan pada konsentrasi rendah. Logam berat adalah istilah umum, yang
mengacu pada kelompok logam dan metalloid dengan massa jenis atom lebih besar
dari 4 g/cm3 atau 5x lebih besar dibandingkan air. Bagaimanapun, logam berat tidak
terlalu berpengaruh pada massa jenis namun pada sifat kimia nya. Logam berat
mencakupi timbal (Pb), kadmium (Cd), seng (Zn), merkuri (Hg), arsenik (As), perak
(Ag), kromium, Cr), tembaga (Cu), besi (Fe), dan senyawa kelompok platinum [9].
Meskipun logam berat merupakan senyawa alami yang ditemukan di seluruh
kerak bumi, pencemaran lingkungan lebih berpotensi disebabkan dari hasil paparan
aktivitas antropogenik seperti operasi pertambangan dan peleburan, produksi industri
dan penggunaan, dan penggunaan domestik dari logam. Pencemaran lingkungan juga
dapat terjadi melalui korosi logam, deposisi atmosfer, erosi tanah, ion logam dan
pencucian logam berat, sedimen suspensi ulang dan penguapan logam dari sumber
air. Fenomena alam seperti pelapukan dan letusan gunung berapi juga berkontribusi
terhadap polusi logam berat [10].
Dalam sistem biologis, logam berat telah dilaporkan mempengaruhi organel sel
dan komponen seperti membran sel, mitokondria, lisosom, retikulum endoplasma,
inti, dan beberapa enzim yang terlibat dalam metabolisme, detoksifikasi, dan
memperbaiki kerusakan. Ion logam yang berinteraksi dengan komponen sel seperti
protein DNA dan nuklir, menyebabkan kerusakan DNA dan perubahan konformasi
yang dapat menyebabkan modulasi siklus sel, karsinogenesis atau apoptosis.
Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa spesies oksigen reaktif (ROS)
produksi dan stres oksidatif memainkan peran kunci dalam toksisitas dan
karsinogenisitas dari logam seperti arsenik, kadmium, kromium, timbal, dan merkuri.
Logam ini merupakan racun sistemik yang dikenal untuk menginduksi kerusakan
multiorgan, bahkan pada tingkat yang lebih rendah dari paparan. Menurut Badan
Amerika Serikat Environmental Protection (US EPA), dan Badan Internasional untuk
6
Universitas Sumatera Utara
Penelitian Kanker (IARC), logam ini juga diklasifikasikan sebagai "dikenal" atau
"kemungkinan"
karsinogen
manusia
berdasarkan
studi
epidemiologi
dan
eksperimental yang menunjukkan hubungan antara paparan dan kejadian kanker pada
manusia dan hewan [10].
2.2 Logam Kadmium (Cd)
Kadmium adalah logam lembut, berwarna terang dengan tekanan uap tinggi
yang dengan cepat beroksidasi terhadap kadmium oksida di udara, sedangkan
banyak senyawa Cd anorganik yang larut dalam air, CdS dan CdO hampir tidak
dapat larut dalam air [11].
Kadmium memiliki no atom 48, berat atom 112,4, massa jenis 8,65 g/cm3, titik
lebur 320,09oC, dan titik didih 765oC [12]. Kadmium merupakan bahan beracun
yang menyebabkan keracunan kronik pada manusia, maka tingkat maksimum yang
diperbolehkan di perairan adalah 0,01 mg/L (PP No 82 Th 2001 Tentang Kualitas
Air). Kadmium (Cd) adalah logam berat yang secara normal terdapat pada tanah dan
air dalam kadar rendah. Kadmium berasal dari beberapa sumber yaitu sumber alami,
pertambangan dan industri. Gunung berapi merupakan sumber kadmium terbesar
secara alami. Dari pertambangan, kadmium tidak ditambang secara tersendiri, tetapi
merupakan bahan ikutan dari pengolahan tambang dan produksi timah hitam (Pb),
Seng (Zn), Kuprum (Cu), batu bara dan minyak (Melalui interaksi dengan rantai
makanan akhirnya kadmium yang telah mencemari lingkungan perairan akan sampai
pada manusia) [13].
Penggunaan yang paling signifikan dari Cd yaitu dalam baterai Ni / Cd, sebagai
sumber daya yang dapat diisi ulang atau sekunder menunjukkan output yang tinggi,
dan pertahanan yang tinggi terhadap tegangan fisik dan elektrik. Pelapis kadmium
memberikan pertahanan korosi yang bagus untuk kapal dan kendaraan lainnya,
khususnya di lingkungan tekanan tinggi seperti laut dan luar angkasa. Kegunaan lain
dari kadmium adalah sebagai pigmen (memberi zat warna), stabilisator untuk
polyvinyl chloride (PVC), dalam paduan dan senyawa elektronik. Kadmium juga
terdapat sebagai pengotor dalam beberapa produk, termasuk pupuk fosfat, deterjen
dan produk minyak olahan. Selain itu, hujan asam dan pengasaman yang dihasilkan
dari tanah dan permukaan air telah meningkatkan mobilitas geokimia Cd, dan
7
Universitas Sumatera Utara
sebagai hasilnya konsentrasi permukaan air cenderung meningkat karena pH air
menurun [14].
Kadmium dalam tubuh diketahui mempengaruhi beberapa enzim. Hal ini
diyakini bahwa kerusakan ginjal yang menghasilkan proteinuria adalah hasil dari Cd
yang dapat mempengaruhi enzim untuk reabsorpsi protein dalam tubulus ginjal.
Kadmium juga mengurangi aktivitas
delta-aminolevulinic
arylsulfatase,
and
alcohol
dehydrogenase,
lipoamide
acid
synthetase,
dehydrogenase,
dan
meningkatkan aktivitas delta - aminolevulinat asam dehidratase, dehidrogenase
piruvat, dan piruvat dekarboksilase. Kejadian keracuran kadmium paling
mengejutkan dan dipublikasikan dihasilkan dari asupan makanan kadmium oleh
orang-orang di Lembah Sungai Jintsu , dekat Fuchu, Jepang. Para korban menderita
penyakit itai itai , yang berarti “aduh,aduh” dalam bahasa Jepang. Gejala nya yaitu
sakitnya osteomalacia ( penyakit tulang ) yang dikombinasikan dengan kerusakan
ginjal. Racun kadmium di Lembah Sungai Jintsu disebabkan beras irigasi yang
terkontaminasi dari tambang hulu sungai yang memproduksi Pb, Zn, dan Cd.
Ancaman utama bagi kesehatan manusia adalah akumulasi kronis pada ginjal yang
menyebabkan disfungsi ginjal. Namun, produk makanan dan merokok merupakan
penyebab utama masuknya Cd ke dalam tubuh [14].
2.3 Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas)
terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film (lapisan tipis) pada
permukaan padatan tersebut. Adsorpsi dideskripsikan sebagai proses pemisahan yang
efektif untuk menghilangkan effluent secara domestik atau industri [15].
Mekanisme penjerapan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu adsorpsi secara
fisika (fisisorpsi) dan secara kimia (kemisorpsi). Bertentangan dengan fisisorpsi,
kemisorpsi hanya terjadi sebagai monolayer . Adsorpsi fisik dapat dibandingkan
untuk proses kondensasi serap tersebut. Sebagai aturan, fisisorpsi adalah proses
reversibel yang terjadi pada suhu yang lebih rendah atau dekat dengan temperatur
kritis dari substansi yang terserap [16].
Peristiwa fisisorpsi merupakan keadaan molekul reaktan dalam fasa gas
teradsorpsi pada permukaan katalis dan melibatkan gaya van der Waals. Peristiwa
8
Universitas Sumatera Utara
fisisorpsi bersifat eksotermis dan besarnya energi yang dilepaskan – 40 kJ/mol.
Kemisorpsi merupakan peristiwa terjadinya pertukaran elektron serta pembentukan
ikatan kimia antara molekul gas reaktan dengan permukaan katalis dan bersifat
eksotermis. Besarnya energi yang dilepaskan pada peristiwa kemisorpsi adalah – 400
kJ/mol [17].
2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi
Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi dari proses adsorpsi adalah
sebagai berikut:
a. Luas permukaan
Semakin luas permukaan adsorben, maka makin banyak zat yang teradsorpsi.
Luas permukaan adsorben ditentukan oleh ukuran partikel dan jumlah dari
adsorben.
b.
Jenis adsorbat
Peningkatan polarisabilitas adsorbat akan meningkatkan kemampuan adsorpsi
molekul yang mempunyai polarisabilitas yang tinggi (polar) memiliki
kemampuan tarik-menarik terhadap molekul lain dibandingkan molekul yang
tidak dapat membentuk dipol (non polar). Peningkatan berat molekul adsorbat
dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi. Adsorbat dengan rantai yang
bercabang biasanya lebih mudah diadsorp dibandingkan rantai yang lurus.
c.
Struktur molekul adsorbat
Hidroksil dan amino mengakibatkan mengurangi kemampuan penyisihan
sedangkan nitrogen meningkatkan kemampuan penyisihan.
d. Konsentrasi adsorbat
Semakin besar konsentrasi adsorbat dalam larutan maka semakin banyak jumlah
substansi yang terkumpul pada permukaan adsorben.
e. Temperatur
Pemanasan atau pengaktifan adsorben akan meningkatkan daya serap adsorben
terhadap adsorbat menyebabkan pori-pori adsorben lebih terbuka. Pemanasan
yang terlalu tinggi menyebabkan rusaknya adsorben sehingga kemampuan
penyerapannya menurun.
[18]
9
Universitas Sumatera Utara
2.5 Remediasi Logam Berat pada Pasir terkontaminasi
Remediasi dapat dilakukan, antara lain melalui :
i.
Penggalian/pengeluaran
(ex-situ),
in
situ
(pengolahan
di
tempat),
pencucian/leaching/pembilasan dengan zat kimia
ii.
Immobilisasi kimia/ metode stabilisasi untuk mengurangi kelarutan logam
berat dengan menambahkan zat tidak beracun kedalam media pasir
iii.
Elektrokinetik (ektromigrasi)
iv.
Menutup permukaan media yang terkontaminasi dengan pasir yang bersih
v.
Metode pengenceran (mencampurkan pasir yang tercemar dengan
meletakkan pasir yang bersih di bawah dan atas pasir yang tercemar untuk
mengurangi konsentrasi kontaminan)
vi.
Fitoremediasi dengan menggunakan tumbuhan seperti tanaman berkayu
[19]
Pencucian pasir dengan penambahan surfaktan merujuk pada pengolahan
kontaminan pasir dengan larutan surfaktan. Pencucian pasir, di sisi lain, mengacu
pada proses sederhana (proses in situ).
Larutan pencuci untuk remediasi pasir bisa berupa air, larutan asam, chelating atau
complexing agent, basic solutions (larutan yang memiliki pH>7), cosolvent, atau
surfaktan. Air akan mengekstraksi hidrofilik dan konstituen air. Tidak seperti pelarut
yang melarutkan kontaminan dan menempatkan kontaminan dalam larutan, surfaktan
merupakan senyawa yang mengurangi ketegangan permukaan antara cairan atau
antara cair dan padatan. Surfaktan dapat berpengaruh karena strukturnya : salah satu
ujung molekul surfaktan mudah larut dalam air dan molekul lainnya tidak mulah
larut. Surfaktan dapat melepaskan kontaminan dari pasir. Surfaktan ditambahkan ke
dalam air yang akan digunakan untuk pencucian pasir. Air dengan penambahan
surfaktan dapat meningkatkan kemampuan detergen dalam larutan air dan efisiensi
dengan senyawa organik yang dibawa dalam larutan air. Pengolahan ini akan lebih
efektif jika banyak luas permukaan dari partikel pasir yang terolah [20].
Pada konsentrasi tinggi, surfaktan meningkatkan terlarutnya komponen organik
hidrofobik dengan meningkatkan kelarutan kontaminan melalui misel solubilisasi.
Penggunaan cairan tambahan dalam remediasi pasir untuk menghilangkan
10
Universitas Sumatera Utara
kontaminan campuran (organik dan logam berat) dalam pasir telah berhasil
dilakukan. [21]
Pencucian pasir sering digunakan dalam remediasi disebabkan oleh :
(i)
dapat seluruhnya melepas kontaminan, oleh sebab itu menentukan
pembersihan yang cepat dari media yang terkontaminasi
(ii)
memenuhi spesifik kriteria
(iii)
dapat menjadi metode yang paling efektif dan dapat mendaur ulang
bahan/energi [21].
Teknik pencucian dapat dicapai dengan sangat baik dengan menggunakan agen
yang bisa meningkatkan batas desorpsi antara pasir- logam. Sebuah teknik remediasi
yang efektif untuk situasi tersebut adalah metode pencucian larutan surfaktan.
Beberapa kelebihan dan keuntungan mengenai pencucian tanpa busa (tanpa foam),
misalnya, gradien tekanan yang diperlukan relatif rendah dan tidak merusak struktur
tanah dan membutuhkan lebih sedikit energi untuk mencapai remediasi. Namun,
remediasi dengan surfaktan membutuhkan konsumsi besar surfaktan dengan efisiensi
penyisihan rendah [8].
2.6 Surfaktan
Surfaktan merupakan suatu molekul yang sekaligus memiliki gugus hidrofilik
dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan
minyak. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan. Aktifitas surfaktan diperoleh
karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang
suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak
(lipofilik). Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau
netral. Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar
muka udara-air, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana
gugus hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak
dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar
(lipofilik) adalah merupakan rantai alkil yang panjang, sementara bagian yang polar
(hidrofilik) mengandung gugus hidroksil [22]
Permintaan surfaktan di dunia internasional cukup besar. Pada tahun 2004,
permintaan surfaktan sebesar 11,82 juta ton per-tahun dan pertumbuhan permintaan
11
Universitas Sumatera Utara
surfaktan rata-rata 3 persen per-tahun. Penggunaan surfaktan sangat bervariasi,
seperti bahan deterjen, kosmetik, farmasi, makanan, tekstil, plastik dan lain lain.
Beberapa produk pangan seperti margarin, es krim, dan lain-lain menggunakan
surfaktan sebagai satu bahannya. Syarat agar surfaktan dapat digunakan untuk
produk pangan yaitu bahwa surfaktan tersebut mempunyai nilai Hydrophyle
Lypophyle Balance (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak menimbulkan
iritasi. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan
pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan bahan pelarut
(solubilizing agent). Penggunaan surfaktan ini bertujuan untuk meningkatkan
kestabilan emulsi dengan cara menurunkan tegangan antarmuka, antara fasa minyak
dan fasa air. Surfaktan dipergunakan baik berbentuk emulsi minyak dalam air
maupun berbentuk emulsi air dalam minyak [23].
Emulsi didefinisikan sebagai suatu sistem yang terdiri dari dua fasa cairan yang
tidak saling melarut, dimana salah satu cairan terdispersi dalam bentuk globulaglobula cairan lainnya. Cairan yang terpecah menjadi globula-globula dinamakan
fase terdispersi, sedangkan cairan yang mengelilingi globula-globula dinamakan fase
kontinu atau medium dispersi. Berdasarkan jenisnya emulsi dibedakan menjadi dua
yaitu:
1) Emulsi minyak dalam air (O/W), adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya
mudah larut dalam air sehingga air dikatakan sebagai fase eksternal.
2) Emulsi air dalam minyak (W/O), adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya
mudah larut dalam minyak [23].
Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air,
sedangkan gugus lipofilik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan minyak.
Di dalam molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan jumlahnya. Bila
gugus polarnya yang lebih dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut akan
diabsorpsi lebih kuat oleh air dibandingkan dengan minyak. Akibatnya tegangan
permukaan air menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase
kontinu. Demikian pula sebaliknya, bila gugus non polarnya lebih dominan, maka
molekul molekul surfaktan tersebut akan diabsorpsi lebih kuat oleh minyak
dibandingkan dengan air. Akibatnya tegangan permukaan minyak menjadi lebih
rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinu [24].
12
Universitas Sumatera Utara
Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan
permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan
konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan
melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel.
Konsentrasi terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration (CMC).
Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai,
tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi
jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan
monomernya [25].
Klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya dibagi menjadi empat golongan
yaitu:
1) Surfaktan anionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu
anion. Contohnya adalah garam alkana sulfonat, garam olefin sulfonat, garam
sulfonat asam lemak rantai panjang.
2) Surfaktan kationik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu
kation. Contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam dialkil-dimethil
ammonium dan garam alkil dimethil benzil ammonium.
3) Surfaktan nonionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan.
Contohnya ester gliserin asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester
sukrosa asam lemak, polietilena alkil amina, glukamina, alkil poliglukosida,
mono alkanol amina, dialkanol amina dan alkil amina oksida.
4) Surfaktan amfoter yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan
positif dan negatif. Contohnya surfaktan yang mengandung asam amino,
betain, fosfobetain.
[26]
Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak bumi, seperti linier alkil
bensen sulfonat (LAS), alkil sulfonat (AS), alkil etoksilat (AE) dan alkil etoksilat
sulfat (AES). Surfaktan dari turunan minyak bumi dan gas alam ini dapat
menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan, karena surfaktan ini setelah
digunakan akan menjadi limbah yang sukar terdegradasi. Disamping itu, minyak
bumi yang digunakan merupakan sumber bahan baku yang tidak dapat diperbaharui.
13
Universitas Sumatera Utara
Masalah inilah yang menyebabkan banyak pihak mencari alternatif surfaktan yang
mudah terdegradasi dan berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui [27].
2.7. Sodium Dodechyl Sulfate (SDS)
Sodium dodecyl sulfat (SDS) tergolong surfaktan anionik yang relatif murah
dan digunakan secara luas pada produk sampo, deterjen dan pasta gigi. SDS juga
digunakan dalam pengolahan mineral untuk flotasi komponen tertentu dan digunakan
untuk denaturasi protein dalam aplikasi laboratorium [28].
Dalam industri SDS digunakan sebagai agen pelunakan produk kulit seperti tas,
sepatu, ikat pinggang, agen pembersih wol, dalam industri kertas sebagai penetran,
flocculating agent, de-inking agent, dalam konstruksi bangunan sebagai aditif beton,
perangkat pemadam kebakaran, minyak pelumas mesin, pembersih lantai, dan sabun
cuci mobil, dll [29].
Sodium lauril sulfat (SLS), natrium lauril sulfat atau natrium dodesil sulfat
(SDS atau Nads) (C12H25SO4Na) adalah surfaktan anionik yang digunakan di banyak
pembersihan dan kebersihan produk. Molekul ini memiliki ekor 12 atom karbon,
yang melekat pada kelompok sulfat, memberikan sifat molekul amfifilik diperlukan
dari deterjen [30].
SLS adalah surfaktan yang sangat efektif dan digunakan dalam setiap tugas
yang memerlukan penghilangan noda berminyak dan residu. Misalnya, ditemukan
dalam konsentrasi yang lebih tinggi dengan produk industri termasuk minyak
pelumas mesin, pembersih lantai, dan sabun cuci mobil. Hal ini digunakan dalam
konsentrasi yang lebih rendah dengan pasta gigi, shampoo, dan busa cukur. Ini
merupakan komponen penting dalam formulasi bubble bath untuk efek penebalan
dan kemampuannya untuk membuat busa [30].
2.7.1 Sifat Fisika Dan Kimia SDS
Sifat fisika dan kimia dari SDS dapat dilihat dari data dibawah ini:
a) Tampilan
: padat
b) Warna
: putih
c) pH
: 7,2
d) Rentang titik lebur / beku
: 204-207 ° C
14
Universitas Sumatera Utara
e) Titik nyala
: 180 °C
f) Mudah terbakar (padat, gas)
: bahan atau campuran adalah padat
mudah terbakar dengan kategori 1.
g) Berat jenis relatif : 0,370 g/cm3
h) Kelarutan dalam air : larut
[29].
2.8 Rangkaian Peralatan Percobaan Remediasi Pasir Terkontaminasi pada
Batch System
Keterangan Gambar:
Sejumlah surfaktan X cmc dituangkan ke dalam beaker glass yang berisi 13
gram pasir terkontaminasi Cd2+. Kemudian diletakkan pada shaker selama 2 jam
dengan laju variasi pengadukan 0;50;100 rpm. Konsentrasi ion Cd2+ diambil dengan
pipet tetes dan dianalisa dengan AAS untuk meninjau seberapa banyak logam Cd2+
yang tersisihkan dan kemampuan surfaktan dalam menyisihkan logam Cd2+ .
15
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Karakteristik Logam Berat
Logam berat merujuk pada elemen metal yang memiliki massa jenis tinggi dan
beracun bahkan pada konsentrasi rendah. Logam berat adalah istilah umum, yang
mengacu pada kelompok logam dan metalloid dengan massa jenis atom lebih besar
dari 4 g/cm3 atau 5x lebih besar dibandingkan air. Bagaimanapun, logam berat tidak
terlalu berpengaruh pada massa jenis namun pada sifat kimia nya. Logam berat
mencakupi timbal (Pb), kadmium (Cd), seng (Zn), merkuri (Hg), arsenik (As), perak
(Ag), kromium, Cr), tembaga (Cu), besi (Fe), dan senyawa kelompok platinum [9].
Meskipun logam berat merupakan senyawa alami yang ditemukan di seluruh
kerak bumi, pencemaran lingkungan lebih berpotensi disebabkan dari hasil paparan
aktivitas antropogenik seperti operasi pertambangan dan peleburan, produksi industri
dan penggunaan, dan penggunaan domestik dari logam. Pencemaran lingkungan juga
dapat terjadi melalui korosi logam, deposisi atmosfer, erosi tanah, ion logam dan
pencucian logam berat, sedimen suspensi ulang dan penguapan logam dari sumber
air. Fenomena alam seperti pelapukan dan letusan gunung berapi juga berkontribusi
terhadap polusi logam berat [10].
Dalam sistem biologis, logam berat telah dilaporkan mempengaruhi organel sel
dan komponen seperti membran sel, mitokondria, lisosom, retikulum endoplasma,
inti, dan beberapa enzim yang terlibat dalam metabolisme, detoksifikasi, dan
memperbaiki kerusakan. Ion logam yang berinteraksi dengan komponen sel seperti
protein DNA dan nuklir, menyebabkan kerusakan DNA dan perubahan konformasi
yang dapat menyebabkan modulasi siklus sel, karsinogenesis atau apoptosis.
Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa spesies oksigen reaktif (ROS)
produksi dan stres oksidatif memainkan peran kunci dalam toksisitas dan
karsinogenisitas dari logam seperti arsenik, kadmium, kromium, timbal, dan merkuri.
Logam ini merupakan racun sistemik yang dikenal untuk menginduksi kerusakan
multiorgan, bahkan pada tingkat yang lebih rendah dari paparan. Menurut Badan
Amerika Serikat Environmental Protection (US EPA), dan Badan Internasional untuk
6
Universitas Sumatera Utara
Penelitian Kanker (IARC), logam ini juga diklasifikasikan sebagai "dikenal" atau
"kemungkinan"
karsinogen
manusia
berdasarkan
studi
epidemiologi
dan
eksperimental yang menunjukkan hubungan antara paparan dan kejadian kanker pada
manusia dan hewan [10].
2.2 Logam Kadmium (Cd)
Kadmium adalah logam lembut, berwarna terang dengan tekanan uap tinggi
yang dengan cepat beroksidasi terhadap kadmium oksida di udara, sedangkan
banyak senyawa Cd anorganik yang larut dalam air, CdS dan CdO hampir tidak
dapat larut dalam air [11].
Kadmium memiliki no atom 48, berat atom 112,4, massa jenis 8,65 g/cm3, titik
lebur 320,09oC, dan titik didih 765oC [12]. Kadmium merupakan bahan beracun
yang menyebabkan keracunan kronik pada manusia, maka tingkat maksimum yang
diperbolehkan di perairan adalah 0,01 mg/L (PP No 82 Th 2001 Tentang Kualitas
Air). Kadmium (Cd) adalah logam berat yang secara normal terdapat pada tanah dan
air dalam kadar rendah. Kadmium berasal dari beberapa sumber yaitu sumber alami,
pertambangan dan industri. Gunung berapi merupakan sumber kadmium terbesar
secara alami. Dari pertambangan, kadmium tidak ditambang secara tersendiri, tetapi
merupakan bahan ikutan dari pengolahan tambang dan produksi timah hitam (Pb),
Seng (Zn), Kuprum (Cu), batu bara dan minyak (Melalui interaksi dengan rantai
makanan akhirnya kadmium yang telah mencemari lingkungan perairan akan sampai
pada manusia) [13].
Penggunaan yang paling signifikan dari Cd yaitu dalam baterai Ni / Cd, sebagai
sumber daya yang dapat diisi ulang atau sekunder menunjukkan output yang tinggi,
dan pertahanan yang tinggi terhadap tegangan fisik dan elektrik. Pelapis kadmium
memberikan pertahanan korosi yang bagus untuk kapal dan kendaraan lainnya,
khususnya di lingkungan tekanan tinggi seperti laut dan luar angkasa. Kegunaan lain
dari kadmium adalah sebagai pigmen (memberi zat warna), stabilisator untuk
polyvinyl chloride (PVC), dalam paduan dan senyawa elektronik. Kadmium juga
terdapat sebagai pengotor dalam beberapa produk, termasuk pupuk fosfat, deterjen
dan produk minyak olahan. Selain itu, hujan asam dan pengasaman yang dihasilkan
dari tanah dan permukaan air telah meningkatkan mobilitas geokimia Cd, dan
7
Universitas Sumatera Utara
sebagai hasilnya konsentrasi permukaan air cenderung meningkat karena pH air
menurun [14].
Kadmium dalam tubuh diketahui mempengaruhi beberapa enzim. Hal ini
diyakini bahwa kerusakan ginjal yang menghasilkan proteinuria adalah hasil dari Cd
yang dapat mempengaruhi enzim untuk reabsorpsi protein dalam tubulus ginjal.
Kadmium juga mengurangi aktivitas
delta-aminolevulinic
arylsulfatase,
and
alcohol
dehydrogenase,
lipoamide
acid
synthetase,
dehydrogenase,
dan
meningkatkan aktivitas delta - aminolevulinat asam dehidratase, dehidrogenase
piruvat, dan piruvat dekarboksilase. Kejadian keracuran kadmium paling
mengejutkan dan dipublikasikan dihasilkan dari asupan makanan kadmium oleh
orang-orang di Lembah Sungai Jintsu , dekat Fuchu, Jepang. Para korban menderita
penyakit itai itai , yang berarti “aduh,aduh” dalam bahasa Jepang. Gejala nya yaitu
sakitnya osteomalacia ( penyakit tulang ) yang dikombinasikan dengan kerusakan
ginjal. Racun kadmium di Lembah Sungai Jintsu disebabkan beras irigasi yang
terkontaminasi dari tambang hulu sungai yang memproduksi Pb, Zn, dan Cd.
Ancaman utama bagi kesehatan manusia adalah akumulasi kronis pada ginjal yang
menyebabkan disfungsi ginjal. Namun, produk makanan dan merokok merupakan
penyebab utama masuknya Cd ke dalam tubuh [14].
2.3 Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas)
terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film (lapisan tipis) pada
permukaan padatan tersebut. Adsorpsi dideskripsikan sebagai proses pemisahan yang
efektif untuk menghilangkan effluent secara domestik atau industri [15].
Mekanisme penjerapan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu adsorpsi secara
fisika (fisisorpsi) dan secara kimia (kemisorpsi). Bertentangan dengan fisisorpsi,
kemisorpsi hanya terjadi sebagai monolayer . Adsorpsi fisik dapat dibandingkan
untuk proses kondensasi serap tersebut. Sebagai aturan, fisisorpsi adalah proses
reversibel yang terjadi pada suhu yang lebih rendah atau dekat dengan temperatur
kritis dari substansi yang terserap [16].
Peristiwa fisisorpsi merupakan keadaan molekul reaktan dalam fasa gas
teradsorpsi pada permukaan katalis dan melibatkan gaya van der Waals. Peristiwa
8
Universitas Sumatera Utara
fisisorpsi bersifat eksotermis dan besarnya energi yang dilepaskan – 40 kJ/mol.
Kemisorpsi merupakan peristiwa terjadinya pertukaran elektron serta pembentukan
ikatan kimia antara molekul gas reaktan dengan permukaan katalis dan bersifat
eksotermis. Besarnya energi yang dilepaskan pada peristiwa kemisorpsi adalah – 400
kJ/mol [17].
2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi
Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi dari proses adsorpsi adalah
sebagai berikut:
a. Luas permukaan
Semakin luas permukaan adsorben, maka makin banyak zat yang teradsorpsi.
Luas permukaan adsorben ditentukan oleh ukuran partikel dan jumlah dari
adsorben.
b.
Jenis adsorbat
Peningkatan polarisabilitas adsorbat akan meningkatkan kemampuan adsorpsi
molekul yang mempunyai polarisabilitas yang tinggi (polar) memiliki
kemampuan tarik-menarik terhadap molekul lain dibandingkan molekul yang
tidak dapat membentuk dipol (non polar). Peningkatan berat molekul adsorbat
dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi. Adsorbat dengan rantai yang
bercabang biasanya lebih mudah diadsorp dibandingkan rantai yang lurus.
c.
Struktur molekul adsorbat
Hidroksil dan amino mengakibatkan mengurangi kemampuan penyisihan
sedangkan nitrogen meningkatkan kemampuan penyisihan.
d. Konsentrasi adsorbat
Semakin besar konsentrasi adsorbat dalam larutan maka semakin banyak jumlah
substansi yang terkumpul pada permukaan adsorben.
e. Temperatur
Pemanasan atau pengaktifan adsorben akan meningkatkan daya serap adsorben
terhadap adsorbat menyebabkan pori-pori adsorben lebih terbuka. Pemanasan
yang terlalu tinggi menyebabkan rusaknya adsorben sehingga kemampuan
penyerapannya menurun.
[18]
9
Universitas Sumatera Utara
2.5 Remediasi Logam Berat pada Pasir terkontaminasi
Remediasi dapat dilakukan, antara lain melalui :
i.
Penggalian/pengeluaran
(ex-situ),
in
situ
(pengolahan
di
tempat),
pencucian/leaching/pembilasan dengan zat kimia
ii.
Immobilisasi kimia/ metode stabilisasi untuk mengurangi kelarutan logam
berat dengan menambahkan zat tidak beracun kedalam media pasir
iii.
Elektrokinetik (ektromigrasi)
iv.
Menutup permukaan media yang terkontaminasi dengan pasir yang bersih
v.
Metode pengenceran (mencampurkan pasir yang tercemar dengan
meletakkan pasir yang bersih di bawah dan atas pasir yang tercemar untuk
mengurangi konsentrasi kontaminan)
vi.
Fitoremediasi dengan menggunakan tumbuhan seperti tanaman berkayu
[19]
Pencucian pasir dengan penambahan surfaktan merujuk pada pengolahan
kontaminan pasir dengan larutan surfaktan. Pencucian pasir, di sisi lain, mengacu
pada proses sederhana (proses in situ).
Larutan pencuci untuk remediasi pasir bisa berupa air, larutan asam, chelating atau
complexing agent, basic solutions (larutan yang memiliki pH>7), cosolvent, atau
surfaktan. Air akan mengekstraksi hidrofilik dan konstituen air. Tidak seperti pelarut
yang melarutkan kontaminan dan menempatkan kontaminan dalam larutan, surfaktan
merupakan senyawa yang mengurangi ketegangan permukaan antara cairan atau
antara cair dan padatan. Surfaktan dapat berpengaruh karena strukturnya : salah satu
ujung molekul surfaktan mudah larut dalam air dan molekul lainnya tidak mulah
larut. Surfaktan dapat melepaskan kontaminan dari pasir. Surfaktan ditambahkan ke
dalam air yang akan digunakan untuk pencucian pasir. Air dengan penambahan
surfaktan dapat meningkatkan kemampuan detergen dalam larutan air dan efisiensi
dengan senyawa organik yang dibawa dalam larutan air. Pengolahan ini akan lebih
efektif jika banyak luas permukaan dari partikel pasir yang terolah [20].
Pada konsentrasi tinggi, surfaktan meningkatkan terlarutnya komponen organik
hidrofobik dengan meningkatkan kelarutan kontaminan melalui misel solubilisasi.
Penggunaan cairan tambahan dalam remediasi pasir untuk menghilangkan
10
Universitas Sumatera Utara
kontaminan campuran (organik dan logam berat) dalam pasir telah berhasil
dilakukan. [21]
Pencucian pasir sering digunakan dalam remediasi disebabkan oleh :
(i)
dapat seluruhnya melepas kontaminan, oleh sebab itu menentukan
pembersihan yang cepat dari media yang terkontaminasi
(ii)
memenuhi spesifik kriteria
(iii)
dapat menjadi metode yang paling efektif dan dapat mendaur ulang
bahan/energi [21].
Teknik pencucian dapat dicapai dengan sangat baik dengan menggunakan agen
yang bisa meningkatkan batas desorpsi antara pasir- logam. Sebuah teknik remediasi
yang efektif untuk situasi tersebut adalah metode pencucian larutan surfaktan.
Beberapa kelebihan dan keuntungan mengenai pencucian tanpa busa (tanpa foam),
misalnya, gradien tekanan yang diperlukan relatif rendah dan tidak merusak struktur
tanah dan membutuhkan lebih sedikit energi untuk mencapai remediasi. Namun,
remediasi dengan surfaktan membutuhkan konsumsi besar surfaktan dengan efisiensi
penyisihan rendah [8].
2.6 Surfaktan
Surfaktan merupakan suatu molekul yang sekaligus memiliki gugus hidrofilik
dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan
minyak. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan. Aktifitas surfaktan diperoleh
karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang
suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak
(lipofilik). Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau
netral. Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar
muka udara-air, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana
gugus hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak
dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar
(lipofilik) adalah merupakan rantai alkil yang panjang, sementara bagian yang polar
(hidrofilik) mengandung gugus hidroksil [22]
Permintaan surfaktan di dunia internasional cukup besar. Pada tahun 2004,
permintaan surfaktan sebesar 11,82 juta ton per-tahun dan pertumbuhan permintaan
11
Universitas Sumatera Utara
surfaktan rata-rata 3 persen per-tahun. Penggunaan surfaktan sangat bervariasi,
seperti bahan deterjen, kosmetik, farmasi, makanan, tekstil, plastik dan lain lain.
Beberapa produk pangan seperti margarin, es krim, dan lain-lain menggunakan
surfaktan sebagai satu bahannya. Syarat agar surfaktan dapat digunakan untuk
produk pangan yaitu bahwa surfaktan tersebut mempunyai nilai Hydrophyle
Lypophyle Balance (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak menimbulkan
iritasi. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan
pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan bahan pelarut
(solubilizing agent). Penggunaan surfaktan ini bertujuan untuk meningkatkan
kestabilan emulsi dengan cara menurunkan tegangan antarmuka, antara fasa minyak
dan fasa air. Surfaktan dipergunakan baik berbentuk emulsi minyak dalam air
maupun berbentuk emulsi air dalam minyak [23].
Emulsi didefinisikan sebagai suatu sistem yang terdiri dari dua fasa cairan yang
tidak saling melarut, dimana salah satu cairan terdispersi dalam bentuk globulaglobula cairan lainnya. Cairan yang terpecah menjadi globula-globula dinamakan
fase terdispersi, sedangkan cairan yang mengelilingi globula-globula dinamakan fase
kontinu atau medium dispersi. Berdasarkan jenisnya emulsi dibedakan menjadi dua
yaitu:
1) Emulsi minyak dalam air (O/W), adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya
mudah larut dalam air sehingga air dikatakan sebagai fase eksternal.
2) Emulsi air dalam minyak (W/O), adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya
mudah larut dalam minyak [23].
Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air,
sedangkan gugus lipofilik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan minyak.
Di dalam molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan jumlahnya. Bila
gugus polarnya yang lebih dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut akan
diabsorpsi lebih kuat oleh air dibandingkan dengan minyak. Akibatnya tegangan
permukaan air menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase
kontinu. Demikian pula sebaliknya, bila gugus non polarnya lebih dominan, maka
molekul molekul surfaktan tersebut akan diabsorpsi lebih kuat oleh minyak
dibandingkan dengan air. Akibatnya tegangan permukaan minyak menjadi lebih
rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinu [24].
12
Universitas Sumatera Utara
Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan
permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan
konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan
melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel.
Konsentrasi terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration (CMC).
Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai,
tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi
jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan
monomernya [25].
Klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya dibagi menjadi empat golongan
yaitu:
1) Surfaktan anionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu
anion. Contohnya adalah garam alkana sulfonat, garam olefin sulfonat, garam
sulfonat asam lemak rantai panjang.
2) Surfaktan kationik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu
kation. Contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam dialkil-dimethil
ammonium dan garam alkil dimethil benzil ammonium.
3) Surfaktan nonionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan.
Contohnya ester gliserin asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester
sukrosa asam lemak, polietilena alkil amina, glukamina, alkil poliglukosida,
mono alkanol amina, dialkanol amina dan alkil amina oksida.
4) Surfaktan amfoter yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan
positif dan negatif. Contohnya surfaktan yang mengandung asam amino,
betain, fosfobetain.
[26]
Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak bumi, seperti linier alkil
bensen sulfonat (LAS), alkil sulfonat (AS), alkil etoksilat (AE) dan alkil etoksilat
sulfat (AES). Surfaktan dari turunan minyak bumi dan gas alam ini dapat
menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan, karena surfaktan ini setelah
digunakan akan menjadi limbah yang sukar terdegradasi. Disamping itu, minyak
bumi yang digunakan merupakan sumber bahan baku yang tidak dapat diperbaharui.
13
Universitas Sumatera Utara
Masalah inilah yang menyebabkan banyak pihak mencari alternatif surfaktan yang
mudah terdegradasi dan berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui [27].
2.7. Sodium Dodechyl Sulfate (SDS)
Sodium dodecyl sulfat (SDS) tergolong surfaktan anionik yang relatif murah
dan digunakan secara luas pada produk sampo, deterjen dan pasta gigi. SDS juga
digunakan dalam pengolahan mineral untuk flotasi komponen tertentu dan digunakan
untuk denaturasi protein dalam aplikasi laboratorium [28].
Dalam industri SDS digunakan sebagai agen pelunakan produk kulit seperti tas,
sepatu, ikat pinggang, agen pembersih wol, dalam industri kertas sebagai penetran,
flocculating agent, de-inking agent, dalam konstruksi bangunan sebagai aditif beton,
perangkat pemadam kebakaran, minyak pelumas mesin, pembersih lantai, dan sabun
cuci mobil, dll [29].
Sodium lauril sulfat (SLS), natrium lauril sulfat atau natrium dodesil sulfat
(SDS atau Nads) (C12H25SO4Na) adalah surfaktan anionik yang digunakan di banyak
pembersihan dan kebersihan produk. Molekul ini memiliki ekor 12 atom karbon,
yang melekat pada kelompok sulfat, memberikan sifat molekul amfifilik diperlukan
dari deterjen [30].
SLS adalah surfaktan yang sangat efektif dan digunakan dalam setiap tugas
yang memerlukan penghilangan noda berminyak dan residu. Misalnya, ditemukan
dalam konsentrasi yang lebih tinggi dengan produk industri termasuk minyak
pelumas mesin, pembersih lantai, dan sabun cuci mobil. Hal ini digunakan dalam
konsentrasi yang lebih rendah dengan pasta gigi, shampoo, dan busa cukur. Ini
merupakan komponen penting dalam formulasi bubble bath untuk efek penebalan
dan kemampuannya untuk membuat busa [30].
2.7.1 Sifat Fisika Dan Kimia SDS
Sifat fisika dan kimia dari SDS dapat dilihat dari data dibawah ini:
a) Tampilan
: padat
b) Warna
: putih
c) pH
: 7,2
d) Rentang titik lebur / beku
: 204-207 ° C
14
Universitas Sumatera Utara
e) Titik nyala
: 180 °C
f) Mudah terbakar (padat, gas)
: bahan atau campuran adalah padat
mudah terbakar dengan kategori 1.
g) Berat jenis relatif : 0,370 g/cm3
h) Kelarutan dalam air : larut
[29].
2.8 Rangkaian Peralatan Percobaan Remediasi Pasir Terkontaminasi pada
Batch System
Keterangan Gambar:
Sejumlah surfaktan X cmc dituangkan ke dalam beaker glass yang berisi 13
gram pasir terkontaminasi Cd2+. Kemudian diletakkan pada shaker selama 2 jam
dengan laju variasi pengadukan 0;50;100 rpm. Konsentrasi ion Cd2+ diambil dengan
pipet tetes dan dianalisa dengan AAS untuk meninjau seberapa banyak logam Cd2+
yang tersisihkan dan kemampuan surfaktan dalam menyisihkan logam Cd2+ .
15
Universitas Sumatera Utara