Pemanfaatan Pektin Yang Dimodifikasi Dari Kulit Markisa Kuning (Passiflora edulis flavicarpa) Untuk Menyerap Logam Pb(II)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Kontaminasi logam berat merupakan masalah serius yang dihadapi saat ini
karena logam berat merupakan unsur logam yang sangat berbahaya. Jika tanah
terkontaminasi oleh logam berat dengan kadar yang tinggi, maka akan merusak
rantai makanan dan pada akhirnya akan membahayakan kehidupan manusia [1].
Penggunaan logam Pb yang cukup luas saat ini seperti pengaplikasian pada
baterai, bensin, cat, dan lain-lain menyebabkan tingginya kemungkinan terjadinya
pencemaran oleh logam Pb. Logam timbal bersifat beracun pada sistem syaraf,
hometologic, dan mampu mempengaruhi kinerja ginjal [2].
Untuk mengontrol pencemaran lingkungan oleh logam berat, perlu dibatasi
kandungan maksimum logam dalam suatu limbah yang boleh dibuang ke
lingkungan. Dari Lampiran Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor
03 Tahun 2010 Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri,
kandungan timbal yang diizinkan yaitu dengan kadar maksimum 1 mg/L [3].
Dikarenakan efek logam yang sangat berbahaya bagi manusia, maka
dilakukan beberapa penelitian untuk mengembangkan berbagai metode alternatif
dalam penanganan limbah. Beberapa proses pengambilan logam berat yang telah
ada diantaranya adalah pengendapan secara kimia, ion exchange, pemisahan
dengan membran, elektrolisa dan ekstraksi dengan solvent [4]. Namun, prosesproses tersebut memiliki kelemahan, diantaranya adalah efisiensi yang rendah,
kondisi operasi yang sensitif, dan limbah lumpur yang tinggi [5]. Selain itu,
proses-proses diatas umumnya memerlukan biaya tinggi serta kurang efektif bila
diaplikasikan pada konsentrasi limbah yang rendah [6].
Terdapat beberapa bahan-bahan biologis yang dapat diaplikasikan sebagai
alternatif bahan baku biosorben, diantaranya adalah alga, fungi dan bakteri.
Namun penggunaan organisme hidup sebagai biosorben memiliki beberapa
kendala diantaranya adalah perlunya pemberian nutrisi tambahan dan terdapat
kontaminan-kontaminan dalam konsentrasi tinggi [7].
1
Selain mikroorganisme, bahan baku biosorben dapat diperoleh dari limbah
pertanian. Limbah pertanian merupakan limbah organik yang dapat ditemukan
dalam jumlah besar. Keuntungan penggunaan limbah pertanian ini adalah selain
mampu mengurangi volume limbah juga dapat memberdayakan limbah sehingga
memiliki nilai jual yang tinggi. Salah satu limbah pertanian yang dapat digunakan
adalah jerami padi, kentang, kulit buah-buahan serta daun dan ranting tanamantanaman tertentu [8].
Sumatera Utara merupakan salah satu daerah sentral produksi markisa
(Passiflora edulis) di Indonesia. Limbah yang dihasilkan oleh industri pengolahan
buah markisa adalah berupa kulit buah markisa dengan produksi limbah kulit
buah markisa sebanyak 2,5–4 ton per hari [9].
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Kurniasari, dkk [8] pektin dapat
digunakan sebagai salah satu alternatif sumber biosorben karena banyak
mengandung gugus aktif. Namun pektin yang terdapat pada limbah organik
umumnya adalah jenis HMP (High Methoxyl Pectin) sehingga untuk dapat
diaplikasikan sebagai logam berat, pektin harus didemetilasi atau dimodifikasi
terlebih dahulu.
Pektin merupakan campuran polisakarida dengan komponen utama polimer
α-D-asam galakturonat yang mengandung gugus metal ester pada konfigurasi
atom C-2 [10]. Beberapa kelompok karboksilat dari molekul asam galakturonat
dalam rantai pektin adalah metil esterifikasi dan persentase kelompok
teresterifikasi dinyatakan sebagai DE (Degree of Esterification). Tergantung pada
derajat metoksilasi, pektin dibagi menjadi dua kelompok besar: pektin dengan
kadar metoksil tinggi, dengan DE 50 – 80% dan pektin dengan kadar metoksil
rendah, dengan DE 25 – 50% [11].
Beberapa penelitian telah dilakukan guna mengembangkan berbagai bahan
baku yang dapat digunakan. Wong, dkk. [12] menggunakan pektin durian
termodifikasi dapat menghilangkan logam Pb dengan persentase penghilangan
logam 57,86%. Penelitian lain tentang penggunaan pektin sebagai biosorben
logam berat dilakukan oleh Mata, dkk. [13] dengan menggunakan pektin dari
pulpa gula bit. Pektin digunakan untuk biosorpsi logam Cu(II), Cd(II) dan Pb(II)
dalam larutan. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa laju biosorpsi
2
logam berat dengan pektin mengikuti susunan ; Cu>Pb>Cd. Penelitian oleh
Rajawane [14] memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin
dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki
dengan kapasitas adsorpsi 724.90 μg/g adsorben. Penelitian lain juga dilakukan
oleh Balaria dan Silke [15] menggunakan citrus pectin untuk menyerap logam
Pb(II). Dari penelitian ini disimpulkan bahwa LMP dan HMP dapat
menghilangkan Pb hampir 90% pada jumlah pektin 0,1 g/L dan konsentrasi Pb 0,1
mM. Penelitian oleh Pavan, dkk. [16] menggunakan pektin dari ponkan peel untuk
menyerap logam Pb(II). Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pH optimum
pektin adalah 5, waktu rata-rata yang penyerapan logam yang paling cepat adalah
pada 60 menit, dan maksimum kapasitas penyerapan logam oleh ponkan peel
adalah pada 112,1 mg/g.
Oleh karena kulit buah markisa mengandung pektin yang cukup tinggi yakni
27,8% basis kering [17] dan juga ketersediaan bahan baku yang cukup tinggi,
maka dilakukan penelitian dengan menggunakan kulit buah markisa yang telah
dimodifikasi yang dapat dimanfaatkan sebagai penyerap ion logam berat timbal
(Pb).
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana
pengaruh massa, ukuran, dan waktu biosorben dari pektin yang dimodifikasi
terhadap adsorpsi ion logam Pb(II).
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efisiensi
biosorben dari pektin yang dimodifikasi (massa, ukuran partikel, dan waktu)
terhadap adsorpsi ion logam Pb(II).
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1.
Untuk memperoleh informasi mengenai pemanfaatan pektin dari kulit
markisa sebagai biosorben.
3
2.
Untuk memberikan informasi dasar kelayakan penggunaan pektin dari kulit
markisa sebagai adsorben logam berat.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah:
1.
Bahan baku yang digunakan sebagai biosorben adalah pektin dari kulit
markisa.
Ekstraksi dilakukan pada pH 2 dan suhu 60 – 70oC selama 2 jam [18-19]
2.
3.
Modifikasi pektin dilakukan dengan menggunakan modifikasi pH dan
temperatur. pH pektin ditingkatkan menjadi basa hingga pH 10 dengan
menggunakan NaOH, didinginkan hingga temperatur kamar dan diasamkan
kembali dengan menggunakan HCl hingga pH 3 [12].
4.
Sampel limbah yang digunakan sebagai aplikasi biosorben adalah logam
tunggal Pb(II).
5.
Metode adsorpsi dilangsungkan dengan memvariasikan tiga variabel sebagai
berikut:
-
Waktu adsorpsi: 30, 60, 90, dan 120 menit [20]
-
Bobot biosorben: 0,25; 0,50; 0,75; dan 1 gr untuk 50 ml larutan tunggal
Pb (II) [20]
6.
Ukuran partikel adsorben: 60 dan 100 mesh [20]
Analisa yang dilakukan adalah:
- Analisa isotherm adsorpsi Freundlich dan Langmuir dengan variasi
konsentrasi logam 15, 18, 21, 24 dan 27 ppm.
- Analisa FTIR pada rentang gelombang 500 – 4000 cm-1.
- Analisa derajat esterifikasi pektin menggunakan cara titrasi dengan NaOH
0,1 N dan indikator phenoftalein [18]
4
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Kontaminasi logam berat merupakan masalah serius yang dihadapi saat ini
karena logam berat merupakan unsur logam yang sangat berbahaya. Jika tanah
terkontaminasi oleh logam berat dengan kadar yang tinggi, maka akan merusak
rantai makanan dan pada akhirnya akan membahayakan kehidupan manusia [1].
Penggunaan logam Pb yang cukup luas saat ini seperti pengaplikasian pada
baterai, bensin, cat, dan lain-lain menyebabkan tingginya kemungkinan terjadinya
pencemaran oleh logam Pb. Logam timbal bersifat beracun pada sistem syaraf,
hometologic, dan mampu mempengaruhi kinerja ginjal [2].
Untuk mengontrol pencemaran lingkungan oleh logam berat, perlu dibatasi
kandungan maksimum logam dalam suatu limbah yang boleh dibuang ke
lingkungan. Dari Lampiran Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor
03 Tahun 2010 Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri,
kandungan timbal yang diizinkan yaitu dengan kadar maksimum 1 mg/L [3].
Dikarenakan efek logam yang sangat berbahaya bagi manusia, maka
dilakukan beberapa penelitian untuk mengembangkan berbagai metode alternatif
dalam penanganan limbah. Beberapa proses pengambilan logam berat yang telah
ada diantaranya adalah pengendapan secara kimia, ion exchange, pemisahan
dengan membran, elektrolisa dan ekstraksi dengan solvent [4]. Namun, prosesproses tersebut memiliki kelemahan, diantaranya adalah efisiensi yang rendah,
kondisi operasi yang sensitif, dan limbah lumpur yang tinggi [5]. Selain itu,
proses-proses diatas umumnya memerlukan biaya tinggi serta kurang efektif bila
diaplikasikan pada konsentrasi limbah yang rendah [6].
Terdapat beberapa bahan-bahan biologis yang dapat diaplikasikan sebagai
alternatif bahan baku biosorben, diantaranya adalah alga, fungi dan bakteri.
Namun penggunaan organisme hidup sebagai biosorben memiliki beberapa
kendala diantaranya adalah perlunya pemberian nutrisi tambahan dan terdapat
kontaminan-kontaminan dalam konsentrasi tinggi [7].
1
Selain mikroorganisme, bahan baku biosorben dapat diperoleh dari limbah
pertanian. Limbah pertanian merupakan limbah organik yang dapat ditemukan
dalam jumlah besar. Keuntungan penggunaan limbah pertanian ini adalah selain
mampu mengurangi volume limbah juga dapat memberdayakan limbah sehingga
memiliki nilai jual yang tinggi. Salah satu limbah pertanian yang dapat digunakan
adalah jerami padi, kentang, kulit buah-buahan serta daun dan ranting tanamantanaman tertentu [8].
Sumatera Utara merupakan salah satu daerah sentral produksi markisa
(Passiflora edulis) di Indonesia. Limbah yang dihasilkan oleh industri pengolahan
buah markisa adalah berupa kulit buah markisa dengan produksi limbah kulit
buah markisa sebanyak 2,5–4 ton per hari [9].
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Kurniasari, dkk [8] pektin dapat
digunakan sebagai salah satu alternatif sumber biosorben karena banyak
mengandung gugus aktif. Namun pektin yang terdapat pada limbah organik
umumnya adalah jenis HMP (High Methoxyl Pectin) sehingga untuk dapat
diaplikasikan sebagai logam berat, pektin harus didemetilasi atau dimodifikasi
terlebih dahulu.
Pektin merupakan campuran polisakarida dengan komponen utama polimer
α-D-asam galakturonat yang mengandung gugus metal ester pada konfigurasi
atom C-2 [10]. Beberapa kelompok karboksilat dari molekul asam galakturonat
dalam rantai pektin adalah metil esterifikasi dan persentase kelompok
teresterifikasi dinyatakan sebagai DE (Degree of Esterification). Tergantung pada
derajat metoksilasi, pektin dibagi menjadi dua kelompok besar: pektin dengan
kadar metoksil tinggi, dengan DE 50 – 80% dan pektin dengan kadar metoksil
rendah, dengan DE 25 – 50% [11].
Beberapa penelitian telah dilakukan guna mengembangkan berbagai bahan
baku yang dapat digunakan. Wong, dkk. [12] menggunakan pektin durian
termodifikasi dapat menghilangkan logam Pb dengan persentase penghilangan
logam 57,86%. Penelitian lain tentang penggunaan pektin sebagai biosorben
logam berat dilakukan oleh Mata, dkk. [13] dengan menggunakan pektin dari
pulpa gula bit. Pektin digunakan untuk biosorpsi logam Cu(II), Cd(II) dan Pb(II)
dalam larutan. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa laju biosorpsi
2
logam berat dengan pektin mengikuti susunan ; Cu>Pb>Cd. Penelitian oleh
Rajawane [14] memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin
dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki
dengan kapasitas adsorpsi 724.90 μg/g adsorben. Penelitian lain juga dilakukan
oleh Balaria dan Silke [15] menggunakan citrus pectin untuk menyerap logam
Pb(II). Dari penelitian ini disimpulkan bahwa LMP dan HMP dapat
menghilangkan Pb hampir 90% pada jumlah pektin 0,1 g/L dan konsentrasi Pb 0,1
mM. Penelitian oleh Pavan, dkk. [16] menggunakan pektin dari ponkan peel untuk
menyerap logam Pb(II). Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pH optimum
pektin adalah 5, waktu rata-rata yang penyerapan logam yang paling cepat adalah
pada 60 menit, dan maksimum kapasitas penyerapan logam oleh ponkan peel
adalah pada 112,1 mg/g.
Oleh karena kulit buah markisa mengandung pektin yang cukup tinggi yakni
27,8% basis kering [17] dan juga ketersediaan bahan baku yang cukup tinggi,
maka dilakukan penelitian dengan menggunakan kulit buah markisa yang telah
dimodifikasi yang dapat dimanfaatkan sebagai penyerap ion logam berat timbal
(Pb).
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana
pengaruh massa, ukuran, dan waktu biosorben dari pektin yang dimodifikasi
terhadap adsorpsi ion logam Pb(II).
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efisiensi
biosorben dari pektin yang dimodifikasi (massa, ukuran partikel, dan waktu)
terhadap adsorpsi ion logam Pb(II).
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1.
Untuk memperoleh informasi mengenai pemanfaatan pektin dari kulit
markisa sebagai biosorben.
3
2.
Untuk memberikan informasi dasar kelayakan penggunaan pektin dari kulit
markisa sebagai adsorben logam berat.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah:
1.
Bahan baku yang digunakan sebagai biosorben adalah pektin dari kulit
markisa.
Ekstraksi dilakukan pada pH 2 dan suhu 60 – 70oC selama 2 jam [18-19]
2.
3.
Modifikasi pektin dilakukan dengan menggunakan modifikasi pH dan
temperatur. pH pektin ditingkatkan menjadi basa hingga pH 10 dengan
menggunakan NaOH, didinginkan hingga temperatur kamar dan diasamkan
kembali dengan menggunakan HCl hingga pH 3 [12].
4.
Sampel limbah yang digunakan sebagai aplikasi biosorben adalah logam
tunggal Pb(II).
5.
Metode adsorpsi dilangsungkan dengan memvariasikan tiga variabel sebagai
berikut:
-
Waktu adsorpsi: 30, 60, 90, dan 120 menit [20]
-
Bobot biosorben: 0,25; 0,50; 0,75; dan 1 gr untuk 50 ml larutan tunggal
Pb (II) [20]
6.
Ukuran partikel adsorben: 60 dan 100 mesh [20]
Analisa yang dilakukan adalah:
- Analisa isotherm adsorpsi Freundlich dan Langmuir dengan variasi
konsentrasi logam 15, 18, 21, 24 dan 27 ppm.
- Analisa FTIR pada rentang gelombang 500 – 4000 cm-1.
- Analisa derajat esterifikasi pektin menggunakan cara titrasi dengan NaOH
0,1 N dan indikator phenoftalein [18]
4