Pemanfaatan Kulit Jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) Sebagai Adsorben Dalam Penyerapan Logam Pb (II) Pada Limbah Cair Industri Pelapisan Logam
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Air adalah sumber kehidupan di bumi dan peradaban manusia dapat berkembang
bila ada air yang berkualitas baik dan bersih. Air memainkan peranan penting dalam
kehidupan kita. Kualitas dari air sangat penting untuk memenuhi kebutuhan dasar
manusia dan lingkungan. Namun aktivitas industrial menyebabkan kualitas air
menurun. Limbah yang berasal dari industri dapat mengandung kontaminan
mikrobiologi, bahan kimia seperti pelarut organik dan anorganik, logam, nutrisi
tanaman, bahan tersuspensi, perubahan temperatur dan sebagainya [1].
Logam berat adalah seluruh elemen logam yang memiliki densitas yang relatif
tinggi dan beracun meskipun pada konsentrasi yang rendah (sekitar 1 ppm) seperti
timbal (Pb), kadmium (Cd), seng (Zn), merkuri (Hg), arsen (As), perak (Ag),
kromium (Cr), tembaga (Cu), besi (Fe) dan sebagainya [2]. Banyak proses di industri
yang menghasilkan limbah cair yang mengandung logam berat. Keberadaan logam
berat pada sistem air dapat merugikan berbagai spesies yang hidup. Logam berat
tidak dapat diperbaharui dan cenderung menumpuk dan menyebabkan berbagai
gangguan bagi organisme hidup [3].
Timbal adalah salah satu logam berat yang beracun apabila terserap oleh tubuh.
Timbal dapat terakumulasi dalam jaringan hidup, sehingga seluruh rantai makanan
akan tercemar dan dapat terserap ke dalam tubuh manusia. Adanya timbal pada air
minum pada konsentrasi kecil (lebih kurang 0,1 ppm) dapat menyebabkan anemia,
hepatitis dan berbagai penyakit yang lainnya [4].
Limbah industri elektroplating berasal dari bahan-bahan kimia berupa logamlogam tertentu sesuai kegunaannya pada proses pelapisan. Bahan-bahan kimia
tersebut beracun sehingga limbah yang dihasilkan berbahaya bagi kesehatan manusia
yang terlibat langsung dengan kegiatan tersebut. Industri pelapisan logam umumnya
mengandung logam-logam terlarut seperti krom (Cr) pada rentang 2-12 ppm,
tembaga (Cu) pada rentang 1-13 ppm, seng (Zn) pada rentang 9-41 ppm, nikel (Ni)
pada rentang 25-29 ppm, kadmium (Cd) pada rentang 2-20 ppm dan timbal (Pb) pada
rentang 17-19 ppm karena logam-logam ini digunakan dalam proses produksi [5].
1
Universitas Sumatera Utara
Pembuangan limbah cair tersebut dibuang dengan debit 20 L/m2 produk pelapisan
logam [6]. Limbah cair elektroplating memiliki rentang pH 7-10 [7]. Limbah cair
elektroplating juga memiliki beberapa karakteristik lainnya seperti kadar COD
sebesar 1836 ppm, TDS sebesar 1443 ppm dan TSS sebesar 285 ppm seperti yang
dilaporkan oleh Krishan et. al. pada tahun 2015 [8].
Logam berat dapat dipisahkan dari limbah cair dengan menggunakan berbagai
metode seperti presipitasi, ekstraksi menggunakan pelarut, evaporasi vakum,
teknologi membran, adsorpsi dan pertukaran ion [9]. Metode presipitasi dan
pertukaran ion sangat sering digunakan untuk membersihkan air yang terkontaminasi
dengan polutan logam. Namun metode ini tidak dapat mencapai standar baku mutu
lingkungan yang direkomendasikan oleh Standar Badan Air Internasional [3].
Teknologi adsorpsi saat ini sedang digunakan secara ekstensif untuk
menghilangkan logam berat dari larutan air karena merupakan teknologi yang lebih
bersih, lebih efisien dan lebih murah [10]. Adsorpsi bekerja dengan prinsip
pelekatan. Proses adsorpsi melibatkan pemisahan substansi dari suatu fasa cair
diikuti dengan akumulasi konsentrasi pada permukaan padatan. Proses dapat terjadi
pada sistem cair-gas, cair-cair, padat-cair dan padat-gas. Fasa yang menyerap disebut
adsorben dan material yang diserap disebut adsorbat [11]. Proses adsorpsi dipilih
dalam penelitian ini karena merupakan aplikasi penjernihan limbah cair
menggunakan adsorben yang sederhana dan efektif dalam penyerapan logam berat.
Adsorben dapat dihasilkan dari berbagai limbah padat, diantaranya yaitu limbah
kulit jengkol. Jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) merupakan tanaman yang sudah
sejak lama ditanam di Indonesia dan penggunaannya terbatas pada bijinya sebagai
bahan makanan, sementara kulitnya dibuang sebagai sampah. Sejauh ini kulit jengkol
baru dimanfaatkan sebagai bioherbisida dan biolarvasida [12]. Padahal kulit jengkol
memiliki kandungan karbon yang relatif tinggi yaitu sebesar 44,02% [13] yang
berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai karbon aktif.
Pada tahun 2013, Sumatera Utara menghasilkan produksi jengkol yang cukup
banyak yaitu sebanyak 2.987 ton. Sedangkan pada tingkatan pulau, Sumatera
menghasilkan 31.675 ton jengkol pada tahun tersebut yang ditulis pada buku Statistik
Produksi Hortikultura Tahun 2013 oleh Kementrian Pertanian [14]. Padahal tanaman
jengkol memiliki kandungan kulit jengkol sebesar 30-40%, dimana berarti provinsi
2
Universitas Sumatera Utara
Sumatera Utara terdapat limbah kulit jengkol sebesar 1194,8 ton. Dengan jumlah
tersebut menunjukkan bahwa limbah padat tanaman jengkol yaitu berupa kulitnya
memiliki potensi untuk digunakan sebagai karbon aktif.
Penelitian sebelumnya mengenai adsorpsi dengan menggunakan adsorben dari
limbah padat kulit jengkol yaitu penyerapan ion logam Pb (II) dan Cu (II) dengan
aktivasi menggunakan NaOH dan adsorpsi dengan variasi pH, konsentrasi logam,
waktu kontak, massa adsorben dan pengadukan. Hasil yang diperoleh yaitu berupa
kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 222,5 mg/g untuk Pb dan 50,7 mg/g untuk Cu
dengan konsentrasi awal logam sebesar 4000 ppm [12]. Hal yang sama juga
dilakukan untuk penyerapan ion logam Cd (II) dan Zn (II) [15]. Namun penelitian
dilakukan pada suhu ruangan yaitu dalam proses aktivasi dan pengeringannya,
sehingga perlu adanya pengembangan kondisi operasi pada proses aktivasi dan
pengeringan tersebut yakni pada suhu yang berbeda mengingat suhu dapat
mempengaruhi kemampuan adsorpsi logam [16].
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana efektivitas
penggunaan adsorben kulit jengkol yang paling optimal dalam menurunkan
kandungan timbal dalam limbah cair industri pelapisan logam.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini, antara lain :
1.
Mengetahui pengaruh 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 pengaruh massa adsorben terhadap kapasitas adsorpsi dalam
menurunkan kadar logam timbal (Pb) dalam limbah cair industri pelapisan
logam.
3
Universitas Sumatera Utara
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 yang bekerja dalam
pengolahan limbah cair industri pelapisan logam untuk menurunkan kandungan
timbal 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. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian
ini yaitu kulit jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) dan limbah cair industri
pelapisan logam.
Variabel yang digunakan adalah :
Pembuatan Adsorben Kulit Jengkol :
a.
Variabel Tetap :
1.
b.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
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.
Variabel tetap :
1.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
2.
Volume Limbah Cair
= 50 mL
4
Universitas Sumatera Utara
b.
3.
Kecepatan Pengadukan
= 30 rpm
[12]
4.
Waktu Kontak
= 30 menit
[12]
5.
pH
= 5
[17]
Variabel berubah :
1.
Massa Adsorben
= 0,5 ; 1 ; 1,5 g per 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 Pb (II) sebelum dan sesudah proses adsorpsi dengan
menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Air adalah sumber kehidupan di bumi dan peradaban manusia dapat berkembang
bila ada air yang berkualitas baik dan bersih. Air memainkan peranan penting dalam
kehidupan kita. Kualitas dari air sangat penting untuk memenuhi kebutuhan dasar
manusia dan lingkungan. Namun aktivitas industrial menyebabkan kualitas air
menurun. Limbah yang berasal dari industri dapat mengandung kontaminan
mikrobiologi, bahan kimia seperti pelarut organik dan anorganik, logam, nutrisi
tanaman, bahan tersuspensi, perubahan temperatur dan sebagainya [1].
Logam berat adalah seluruh elemen logam yang memiliki densitas yang relatif
tinggi dan beracun meskipun pada konsentrasi yang rendah (sekitar 1 ppm) seperti
timbal (Pb), kadmium (Cd), seng (Zn), merkuri (Hg), arsen (As), perak (Ag),
kromium (Cr), tembaga (Cu), besi (Fe) dan sebagainya [2]. Banyak proses di industri
yang menghasilkan limbah cair yang mengandung logam berat. Keberadaan logam
berat pada sistem air dapat merugikan berbagai spesies yang hidup. Logam berat
tidak dapat diperbaharui dan cenderung menumpuk dan menyebabkan berbagai
gangguan bagi organisme hidup [3].
Timbal adalah salah satu logam berat yang beracun apabila terserap oleh tubuh.
Timbal dapat terakumulasi dalam jaringan hidup, sehingga seluruh rantai makanan
akan tercemar dan dapat terserap ke dalam tubuh manusia. Adanya timbal pada air
minum pada konsentrasi kecil (lebih kurang 0,1 ppm) dapat menyebabkan anemia,
hepatitis dan berbagai penyakit yang lainnya [4].
Limbah industri elektroplating berasal dari bahan-bahan kimia berupa logamlogam tertentu sesuai kegunaannya pada proses pelapisan. Bahan-bahan kimia
tersebut beracun sehingga limbah yang dihasilkan berbahaya bagi kesehatan manusia
yang terlibat langsung dengan kegiatan tersebut. Industri pelapisan logam umumnya
mengandung logam-logam terlarut seperti krom (Cr) pada rentang 2-12 ppm,
tembaga (Cu) pada rentang 1-13 ppm, seng (Zn) pada rentang 9-41 ppm, nikel (Ni)
pada rentang 25-29 ppm, kadmium (Cd) pada rentang 2-20 ppm dan timbal (Pb) pada
rentang 17-19 ppm karena logam-logam ini digunakan dalam proses produksi [5].
1
Universitas Sumatera Utara
Pembuangan limbah cair tersebut dibuang dengan debit 20 L/m2 produk pelapisan
logam [6]. Limbah cair elektroplating memiliki rentang pH 7-10 [7]. Limbah cair
elektroplating juga memiliki beberapa karakteristik lainnya seperti kadar COD
sebesar 1836 ppm, TDS sebesar 1443 ppm dan TSS sebesar 285 ppm seperti yang
dilaporkan oleh Krishan et. al. pada tahun 2015 [8].
Logam berat dapat dipisahkan dari limbah cair dengan menggunakan berbagai
metode seperti presipitasi, ekstraksi menggunakan pelarut, evaporasi vakum,
teknologi membran, adsorpsi dan pertukaran ion [9]. Metode presipitasi dan
pertukaran ion sangat sering digunakan untuk membersihkan air yang terkontaminasi
dengan polutan logam. Namun metode ini tidak dapat mencapai standar baku mutu
lingkungan yang direkomendasikan oleh Standar Badan Air Internasional [3].
Teknologi adsorpsi saat ini sedang digunakan secara ekstensif untuk
menghilangkan logam berat dari larutan air karena merupakan teknologi yang lebih
bersih, lebih efisien dan lebih murah [10]. Adsorpsi bekerja dengan prinsip
pelekatan. Proses adsorpsi melibatkan pemisahan substansi dari suatu fasa cair
diikuti dengan akumulasi konsentrasi pada permukaan padatan. Proses dapat terjadi
pada sistem cair-gas, cair-cair, padat-cair dan padat-gas. Fasa yang menyerap disebut
adsorben dan material yang diserap disebut adsorbat [11]. Proses adsorpsi dipilih
dalam penelitian ini karena merupakan aplikasi penjernihan limbah cair
menggunakan adsorben yang sederhana dan efektif dalam penyerapan logam berat.
Adsorben dapat dihasilkan dari berbagai limbah padat, diantaranya yaitu limbah
kulit jengkol. Jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) merupakan tanaman yang sudah
sejak lama ditanam di Indonesia dan penggunaannya terbatas pada bijinya sebagai
bahan makanan, sementara kulitnya dibuang sebagai sampah. Sejauh ini kulit jengkol
baru dimanfaatkan sebagai bioherbisida dan biolarvasida [12]. Padahal kulit jengkol
memiliki kandungan karbon yang relatif tinggi yaitu sebesar 44,02% [13] yang
berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai karbon aktif.
Pada tahun 2013, Sumatera Utara menghasilkan produksi jengkol yang cukup
banyak yaitu sebanyak 2.987 ton. Sedangkan pada tingkatan pulau, Sumatera
menghasilkan 31.675 ton jengkol pada tahun tersebut yang ditulis pada buku Statistik
Produksi Hortikultura Tahun 2013 oleh Kementrian Pertanian [14]. Padahal tanaman
jengkol memiliki kandungan kulit jengkol sebesar 30-40%, dimana berarti provinsi
2
Universitas Sumatera Utara
Sumatera Utara terdapat limbah kulit jengkol sebesar 1194,8 ton. Dengan jumlah
tersebut menunjukkan bahwa limbah padat tanaman jengkol yaitu berupa kulitnya
memiliki potensi untuk digunakan sebagai karbon aktif.
Penelitian sebelumnya mengenai adsorpsi dengan menggunakan adsorben dari
limbah padat kulit jengkol yaitu penyerapan ion logam Pb (II) dan Cu (II) dengan
aktivasi menggunakan NaOH dan adsorpsi dengan variasi pH, konsentrasi logam,
waktu kontak, massa adsorben dan pengadukan. Hasil yang diperoleh yaitu berupa
kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 222,5 mg/g untuk Pb dan 50,7 mg/g untuk Cu
dengan konsentrasi awal logam sebesar 4000 ppm [12]. Hal yang sama juga
dilakukan untuk penyerapan ion logam Cd (II) dan Zn (II) [15]. Namun penelitian
dilakukan pada suhu ruangan yaitu dalam proses aktivasi dan pengeringannya,
sehingga perlu adanya pengembangan kondisi operasi pada proses aktivasi dan
pengeringan tersebut yakni pada suhu yang berbeda mengingat suhu dapat
mempengaruhi kemampuan adsorpsi logam [16].
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sejauh mana efektivitas
penggunaan adsorben kulit jengkol yang paling optimal dalam menurunkan
kandungan timbal dalam limbah cair industri pelapisan logam.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini, antara lain :
1.
Mengetahui pengaruh 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 pengaruh massa adsorben terhadap kapasitas adsorpsi dalam
menurunkan kadar logam timbal (Pb) dalam limbah cair industri pelapisan
logam.
3
Universitas Sumatera Utara
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 yang bekerja dalam
pengolahan limbah cair industri pelapisan logam untuk menurunkan kandungan
timbal 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. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian
ini yaitu kulit jengkol (Pithecellobium jiringa Prain) dan limbah cair industri
pelapisan logam.
Variabel yang digunakan adalah :
Pembuatan Adsorben Kulit Jengkol :
a.
Variabel Tetap :
1.
b.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
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.
Variabel tetap :
1.
Ukuran Partikel
= 100 mesh
2.
Volume Limbah Cair
= 50 mL
4
Universitas Sumatera Utara
b.
3.
Kecepatan Pengadukan
= 30 rpm
[12]
4.
Waktu Kontak
= 30 menit
[12]
5.
pH
= 5
[17]
Variabel berubah :
1.
Massa Adsorben
= 0,5 ; 1 ; 1,5 g per 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 Pb (II) sebelum dan sesudah proses adsorpsi dengan
menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).
5
Universitas Sumatera Utara