PENGGUNAAN SERAT DAUN NANAS SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA PROCION RED MX 8B

PENGGUNAAN SERAT DAUN NANAS SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA PROCION RED MX 8B Disusun Oleh: SETYONINGSIH M0304062 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Industri tekstil merupakan salah satu industri yang sangat berkembang di Indonesia dan juga

merupakan komoditi ekspor penghasil devisa negara (Manurung, 2004). Perkembangan yang pesat dari industri tekstil akan mengakibatkan meningkatnya kebutuhan bahan zat warna yang berguna untuk mewarnai bahan-bahan tekstil (Budiyono, 2008). Akan tetapi terlepas dari hal tersebut, menurut Manurung (2004) ternyata industri tekstil ini menimbulkan masalah bagi lingkungan terutama masalah yang diakibatkan oleh limbah cair pewarnaan. Limbah cair tersebut mengandung bahan-bahan berbahaya dan beracun yang keberadaannya dalam perairan dapat menghalangi sinar matahari menembus lingkungan akuatik, sehingga mengganggu proses-proses biologi yang terjadi di dalamnya. Di samping itu juga mengganggu estetika badan perairan akibat munculnya bau busuk, dan juga berbahaya bagi lingkungan (Moura, 2004). Salah satu limbah yang dihasilkan dari industri tekstil adalah limbah zat warna.

Warna adalah salah satu karakteristik dari limbah yang mudah untuk dilihat (Habib, 2006). Menurut Aryunani (2003), zat warna banyak digunakan pada proses pencelupan dan pencapan industri tekstil. Zat warna memiliki gugus kromofor yang stabil sehingga secara fisis sukar diuraikan. Disamping sukar diuraikan, bahan aktif zat warna seperti azo (monoazo, diazo, trisazo, dst) dilaporkan bersifat karsinogenik (Aryunani, 2003; Izadyar, 2007).

Limbah zat warna merupakan salah satu sumber pencemaran air yang cukup tinggi jika tidak dilakukan pengolahan. Beberapa metode pengolahan limbah zat warna dapat dilakukan dengan cara kimia menggunakan koagulan, fisika dengan sedimentasi, adsorpsi dan lain-lain (Aryunani, 2003). Adapun beberapa penelitian tentang pengolahan limbah zat warna antara lain, yaitu : degradasi zat penurunan zat warna tekstil dalam larutan dengan menggunakan karbon aktif bagasse (Mawahib, 2002), adsorpsi yellow lanasol 4G dari limbah tekstil dengan selulosa (Moura, 2004).

Metode pengolahan limbah zat warna dengan metode adsorbsi dapat dilakukan dengan berbagai macam adsorben. Adsorben yang telah digunakan diantaranya bubur bambu, pohon palem, jantung pisang (Izadyar, 2007), bead selulosa (Morales, 2004), alang-alang, eceng gondok (Aryunani, 2003), tempurung kelapa, sekam padi, kayu lunak, tongkol jagung, bagasse (Moura, 2004), jerami padi (Suwarsa 1998), dan batang jagung (Rochanah, 2004).

Hidayat (2008) menyatakan bahwa selulosa merupakan senyawa yang mempunyai karakter hidrofilik serta mempunyai gugus alkohol primer dan sekunder yang keduanya mampu mengadakan reaksi dengan zat warna reaktif. Selulosa alam ataupun turunannya dapat berinteraksi dengan permukaaan gugus fungsi secara fisik atau kimia (Ibbet, 2006).

Daun nanas merupakan salah satu bagian tanaman yang memiliki kandungan serat yang tinggi. Dalam Norman (1937), disebutkan bahwa dalam serat daun nanas mengandung 62-79% selulosa. Sedangkan dalam Hidayat (2008), disebutkan terdapat 69,5-71,5% selulosa yang terkandung dalam serat daun nanas. Adanya kandungan selulosa dalam serat daun nanas yang tinggi ini diharapkan dapat dijadikan sumber selulosa sebagai alternatif baru untuk adsorben dalam mengadsorb zat warna.

Pada penelitian kali ini melakukan adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B dengan menggunakan serat daun nanas setelah diaktivasi dengan NaOH 2%. Karena keberadaannya yang melimpah, daun nanas dapat dijadikan sumber selulosa. Adsorben dari serat daun nanas memiliki keunggulan yaitu proses preparasi yang mudah, dan biaya yang relatif murah. Selulosa dari serat daun nanas diharapkan dapat menyerap zat warna Procion Red MX 8B.

1. Identifikasi Masalah

Perkembangan yang pesat dari industri tekstil akan mengakibatkan meningkatnya kebutuhan bahan zat warna yang berguna untuk mewarnai bahan-bahan tekstil. Akan tetapi terlepas dari hal tersebut, ternyata industri tekstil ini menimbulkan masalah bagi lingkungan terutama masalah yang diakibatkan oleh limbah cair pewarnaan yang berdampak pada estetika lingkungan. Akan tetapi penanganan limbahnya masih kurang. Oleh karena itu perlu dikembangkan suatu cara yang mudah dan murah untuk mengurangi dampak dari limbah industri tekstil ini.

Ada beberapa metode pengolahan limbah antara lain sedimentasi, koagulasi, filtrasi, dan adsorpsi. Metode paling sederhana adalah adsorbsi. Beberapa peneliti menggunakan karbon aktif untuk mengadsorbsi zat warna. Akan tetapi tingginya harga adsorben karbon aktif ini mendorong para peneliti untuk mencari alternatif material lain sebagai pengganti. Salah satunya adalah serat daun nanas yang mengandung selulosa tinggi serta keberadaannya melimpah dan belum termanfaatkan.

Serat daun nanas diketahui mengandung selulosa sebanyak 69,5%, yang memungkinkannya dapat digunakan sebagai adsorben. Adsorben dari serat daun nanas memiliki keunggulan yaitu proses preparasi yang mudah, biaya relatif murah dan ketersediaan yang relatif melimpah, akan tetapi kemampuan adsorbsinya terbatas. Kelemahanan ini dapat diatasi melalui proses aktivasi. Aktivasi dapat dilakukan dengan merendam adsorben dalam aktivator seperti NaOH, KOH, LiOH, ZnCl ^{2 , dan H} ^{2 SO} ^{4 ,} sehingga dihasilkan serat daun nanas yang mempunyai kemampuan adsorbsi lebih tinggi dibandingkan dengan serat daun nanas tanpa aktivasi. Oleh karena itu penelitian ini melakukan adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B menggunakan serat daun nanas yang telah diaktivasi NaOH 2%.

2. Batasan Masalah a. Serat daun nanas yang digunakan berasal dari daun nanas di daerah Wonogiri, Jawa Tengah.

b. Zat warna yang digunakan adalah Procion Red MX 8B.

c. Aktivator yang digunakan adalah NaOH 2% dengan variasi waktu aktivasi 0, 12, 24, 48 jam.

3. Rumusan Masalah

a. Apakah serat daun nanas dapat mengadsorpsi zat warna Procion Red MX 8B?

b. Bagaimana kondisi optimum adsorpsi yang meliputi waktu aktivasi, pH, dan waktu kontak optimum untuk adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B dengan serat daun nanas diaktivasi NaOH 2%?

c. Persamaan isoterm adsorpsi apa yang sesuai untuk adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B dengan serat daun nanas yang diaktivasi NaOH2%?

4. Tujuan Penelitian a. Mengetahui apakah serat daun nanas dapat mengadsorpsi zat warna Procion Red MX 8B.

b. Mengetahui kondisi optimum waktu aktivasi, pH, dan waktu kontak dalam proses adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B dengan serat daun nanas yang diaktivasi NaOH 2%.

c. Mengetahui jenis isoterm adsorpsi yang terjadi pada adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B dengan serat daun nanas yang diaktivasi NaOH 2%.

5. Manfaat Penelitian

Secara teoritis, hasil penelitian memberikan sumbangan bagi penanganan masalah lingkungan, khususnya untuk mengurangi kadar pencemaran zat warna. Sedangkan secara praktis, dapat dimanfaatkan sebagai bahan alternatif untuk menganggulangi pencemaran zat warna pada limbah industri.

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka

Tanaman nanas (Ananas cosmosus (L) Merr) yang termasuk famili Bromeliaceae merupakan tumbuhan tropis dan subtropis yang banyak terdapat di Filipina, Brasil, Hawaii, India dan Indonesia. Tanaman nanas bersifat sebagai epifit yang adaptis. Batang nanas pendek, gemuk, dan kuat. Tingginya tidak lebih dari 30 cm. Daunnya berbentuk seperti alur yang sempit, berdaging, keras, kaku dengan panjang 60

− 120 cm dan bagian pangkalnya saling bertangkup satu dengan lainnya. Tepi daun bergerigi seperti gergaji dan mempunyai pucuk yang runcing dan tajam (Muljohardjo, 1986). Lapisan luar daun berupa pelepah yang terdiri atas sel kambium, zat pewarna yaitu klorofil, xanthophyl dan carotene yang merupakan komponen kompleks dari jenis tanin, serta lignin yang terdapat di bagian tengah daun.

Tanaman nanas akan dibongkar setelah dua atau tiga kali panen untuk diganti tanaman baru, oleh karena itu limbah daun nanas terus berkesinambungan sehingga cukup potensial untuk dimanfaatkan. Namun hingga saat ini tanaman nanas baru buahnya saja yang dimanfaatkan, sedangkan daunnya belum banyak dimanfaatkan sepenuhnya. Pada umumnya daun nanas dikembalikan ke lahan untuk digunakan sebagai pupuk. Tanaman nanas dewasa dapat menghasilkan 70

– 80 lembar daun atau

– 5 kg dengan kadar air 85 %. Bentuk daun nanas menyerupai pedang yang meruncing diujungnya dengan warna hijau kehitaman dan pada tepi daun terdapat duri yang tajam. Tergantung dari species atau varietas tanaman, panjang daun nanas berkisar antara 55 sampai 75 cm dengan lebar 3,1 sampai 5,3 cm dan tebal daun antara 0,18 sampai 0,27 cm (Hidayat, 2008).

Serat daun nanas terdiri atas selulosa dan non selulosa. Serat yang diperoleh dari daun nanas muda kekuatannya relatif rendah dan seratnya lebih pendek dibanding serat dari daun yang sudah tua. Sifat porous dan menggelembung pada serat daun nanas menunjukkan adanya sifat daya adsorbsi lembab dan kemampuan untuk dicelup (Deptan Kaltim, 2007). Komposisi kimia serat daun nanas disajikan pada Tabel 1. Sebagai pembanding disajikan juga komposisi kimia serat kapas dan rami.

Tabel 1. Komposisi Serat Daun Nanas

Komposisi kimia Serat Daun Nanas (%) Serat Kapas (%) Serat Rami (%)

1. Selulosa 69,50

– 71,50 – 92

2. Pentosan 17,00

5. Abu 0,71 1,2 2,87

– 0,87

6. Zat-zat lain (air) 4,50 1,3 6,2

– 5,30

(Sumber : Balai Besar Tekstil, 2007) 2.

Selulosa

Selulosa adalah senyawa organik paling melimpah di bumi. Selulosa _{Selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas unit- unit β-D-glukosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan 1,4’-glikosida (Fessenden, 1986). Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai kemampuan untuk membentuk ikatan-ikatan hidrogen intra molekuler dan intermolekuler (Sjostrom, 1995).}

Gambar 1. Struktur Selulosa (Ophardt, 2003)

Berkas-berkas molekul selulosa membentuk agregat bersama-sama dalam bentuk mikrofibril di tempat-tempat yang sangat teratur (kristalin) diselingi dengan tempat-tempat yang kurang teratur (amorf), mikrofibril membentuk fibril-fibril dan akhirnya menbentuk serat-serat selulosa. Sebagai akibat dari struktur yang berserat dan ikatan hidrogen yang kuat selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut (Supriyanto, 2005).

Stabilisasi rantai-rantai molekul panjang pada selulosa dalam sistem yang teratur, yaitu menentukan struktur supramolekul tapi juga menentukan sifat-sifat fisika dan kimia selulosa. (Fengel, 1995).

3. Zat Warna Reaktif Procion Red MX 8B Zat warna reaktif adalah suatu zat warna yang dapat mengadakan reaksi dengan serat (ikatan kovalen) sehingga zat warna tersebut merupakan bagian dari serat (Rochanah, 2004). Zat warna ini terutama dipakai untuk mencelup serat selulosa dan serat protein. Contoh zat warna reaktif yang sering digunakan : Procion, Cibacron, Remazol, Levafik, Drimarine, Primazine (Supriyanto, 2005). Zat warna reaktif mempunyai berat molekul yang relatif kecil. Zat warna reaktif mempunyai spektra absorpsi yang runcing dan jelas, strukturnya relatif sederhana, dan warnanya lebih terang (Astuti, 2007).

Menurut pemakaiannya zat warna reaktif dapat pula dibagi menjadi :

1. Pemakaian secara dingin, yaitu zat warna reaktif yang mempunyai kereaktifan tinggi, misalnya Procion M dengan sistem dikloro triazin.

2. Pemakaian secara panas, yaitu zat warna reaktif yang mempunyai kereaktifan rendah, misalnya

Procion H, Cibacron dengan sistem reaktif monokhloro- triazin, Remazol dengan sistem reaktif vinil sulfon.

Kromofor zat warna reaktif biasanya merupakan sistem azo dan antrakuinon dengan berat molekul relatif kecil. Daya serap terhadap serat tidak besar. Sehingga zat warna yang tidak bereaksi dengan serat mudah dihilangkan. Gugus-gugus reaktif merupakan bagian-bagian dari zat warna yang mudah lepas. Dengan lepasnya gugus reaktif ini, zat warna menjadi mudah bereaksi dengan serat (Manurung, 2004).

Zat warna reaktif Procion Red MX 8B mempunyai kereaktifan di dalam air. Zat warna ini merupakan suatu zat warna golongan diklorotriazina yang dapat mencelup serat selulosa (Astuti, 2007). Dalam Colour Index zat warna Procion Red MX 8B diberi nama : reactive red 11 atau lebih dikenal dengan nama Fuchsia. Nama kimianya adalah [5-((4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2- yl)amino)-4-hydroxy-3-((1-sulfo-2-

N Cl SO Na ₃ OH NH N N N N Cl

NaO S

₃

SO Na ₃ Gambar 2. Struktur zat warna Procion Red MX 8B

Zat warna reaktif Procion Red MX 8B dapat mewarnai serat selulosa dalam kondisi asam dan berinteraksi secara ikatan hidrogen dengan selulosa. Selulosa dalam struktur molekulnya mengandung gugus hidroksil atau gugus OH. Zat warna Procion Red MX 8B mengandung gugus-gugus yang dapat bereaksi dengan gugus OH dari selulosa dari serat selulosa sehingga zat warna Procion Red MX 8B dapat terikat pada serat selulosa. Zat warna Procion Red MX 8B dapat mewarnai serat selulosa dalam kondisi tertentu dan mengadakan interaksi secara ikatan hidrogen dengan selulosa dari serat (Astuti, 2007).

4. Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses pemisahan komponen tertentu dari suatu fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap. Adsorpsi menunjukkan hubungan antara konsentrasi zat yang diserap pada temperatur konstan (Stumm, W. and J.J. Morgan, 1995). Peristiwa adsorpsi banyak digunakan pada industri kimia, misalnya pada pemisahan gas, mengurangi kelembaban udara, penghilangan bau, dan penyerapan gas yang tidak diinginkan dari suatu hasil proses.

Sedangkan pada peristiwa cairan, adsorben digunakan misalnya untuk menghilangkan warna a. Jenis adsorpsi : 1) Physisorption (adsorpsi fisika) : terjadi karena gaya Van der Walls dimana ketika gaya tarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media. Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil. Contoh : Adsorpsi oleh karbon aktif. Aktivasi karbon aktif pada temperatur yang tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi. 2) Chemisorption (adsorpsi kimia) : Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara substansi terlarut dalam larutan dengan molekul dalam media. Pada adsorpsi kimia terjadi satu lapisan gaya dengan energi adsopsi kimia sekitar 100kJ/mol. Ikatan kimia yang terjadi adsorpsi ini sangat kuat sehingga kemungkinana pelepasan kembali molekul yang terikat sangat kecil.

Contoh : Ion exchange (Arthur, 1990).

b. Isoterm adsorpsi 1) Isoterm adsorpsi Langmuir

Isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap bahwa hanya sebuah adsorpsi tunggal yang terjadi. Adsorpsi tersebut terlokalisasi, artinya molekul- molekul zat hanya dapat diserap pada tempat-tempat tertentu dan panas adsorpsi tidak tergantung pada permukaan yang tertutup oleh adsorben. Isoterm adsorpsi Langmuir digunakan untuk menggambarkan adsorpsi kimia (Alberty, 1997). Persamaan Isoterm adsorpsi Langmuir yang merupakan jenis adsorpsi monolayer dapat dijelaskan sebagai berikut :

1   m b bK p

Dimana : p : konsentrasi larutan (mg/L) K : konstanta kesetimbangan adsorpsi Dalam sistem larutan 1/p sebanding dengan 1/c. Dengan membuat plot antara 1/m terhadap 1/p maka harga konstanta K dan b dapat dihitung dari slope dan intercept grafik (Castellan, 1983).

2) Isoterm adsorpsi Freundlich Isoterm adsorpsi Freundlich menggambarkan adsorpsi yang terjadi pada beberapa lapis dan ikatannya tidak kuat. Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda- beda (Castellan, 1983). Persamaan Freundlich dapat digunakan secara memuaskan bila diterapkan pada larutan encer (Barrow, 1988). Dengan persamaan : _1/n

m = k C

1 Jika persamaan tersebut di logaritmakan akan terbentuk persamaan : log m log k log C

 

Dimana : m : berat adsorben (mg/g) C : konsentrasi larutan (mg/L) k dan n adalah konstanta (Castellan, 1983)

Isoterm adsorpsi Freundlich menggambarkan adsorpsi fisika dimana adsorpsi terjadi pada beberapa lapis dan ikatannya tidak kuat (Barrow, 1988).

5. Aktivasi Adsorben Yunita (2009) menyatakan bahwa aktivasi dilakukan untuk memisahkan lignin dari selulosa.

dengan bantuan panas, uap dan gas CO . Sedangkan aktivasi kimia merupakan aktivasi dengan ₂ pemakaian bahan kimia yang dinamakan aktivator (Rosita, 2004). Aktivator yang sering digunakan adalah hidroksida logam alkali, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah, ZnCl ^{2 , asam-asam anorganik} seperti H SO dan H PO (Molina, 1995; Wahjuni, 2008; Yunita, 2009). ₂ ₄ ₃ ₄ Aktivator yang digunakan untuk adsorbent dari selulosa biasanya dari hidroksida logam alkali.

NaOH dan KOH dapat digunakan sebagai aktivator. Aktivasi dengan KOH 5% dan 24 %, selulosa yang dihasilkan masih cukup banyak mengandung lignin. Dengan alkali yang berbeda, maka kandungan lignin dapat dikurangi (Fengel, 1995; Sjostrom, 1995).

Larutan NaOH encer merupakan alkali kuat, sehingga NaOH digunakan dalam reaksi-reaksi netralisasi. NaOH dalam industri kimia digunakan sebagai pengontrol pH, netralisasi, katalis, pembersih gas. Natrium hidroksida dan litium hidroksida lebih kuat daripada kalium hidroksida untuk menghilangkan lignin (Fengel, 1995). Onggo (2005) menyatakan bahwa proses pulping untuk tanaman selain kayu semisal serat nanas, optimum menggunakan alkali NaOH dan konsentrasi NaOH yang optimal berkisar di bawah sepuluh persen. Dalam industri pulp kertas, NaOH digunakan untuk mengekstraksi lignin selama proses pemutihan (Kirk-Othmer, 1998).

Kerangka Pemikiran

Limbah industri tekstil hasil pencelupan perlu diolah secara benar. Karena apabila limbah yang langsung dibuang ke perairan akan merusak estetika dan kualitas perairan. Untuk mengurangi kandungan polutan berwarna dalam limbah cair perlu adanya pengolahan. Pengolahan limbah ini bertujuan untuk mengurangi kandungan zat warna yang ada dalam perairan. Ada berbagai cara pengolahan limbah antara lain dengan adsorpsi, koagulasi, filtrasi, degradasi.

Beberapa adsorben telah dicobakan dalam pengolahan limbah zat warna secara adsorpsi seperti batang jagung, alang-alang, jerami padi, dan enceng gondok. Bagian-bagian tanaman tersebut digunakan karena kandungan selulosa yang ada di dalamnya. Dalam penelitian ini dicobakan pada serat daun nanas sebagai adsorben untuk limbah zat warna. dapat diatasi melalui proses aktivasi menggunakan NaOH, sehingga dihasilkan serat daun nanas yang mempunyai kemampuan adsorbsi lebih tinggi dibandingkan dengan serat daun nanas tanpa aktivasi. Serat daun nanas diaktivasi menggunakan NaOH 2%dengan tujuan untuk memisahkan lignin dari selulosa. NaOH digunakan sebagai aktivator karena lignin dapat larut dalam NaOH, sedangkan selulosa tidak larut dalam NaOH sehingga dapat digunakan untuk memisahkan selulosa dengan lignin.

Kemampuan adsorpsi selulosa serat daun nanas terhadap zat warna Procion Red MX 8B dapat diketahui dengan melakukan variasi pH dan waktu kontak optimum. Variasi waktu aktivasi serat daun nanas akan berpengaruh pada kualitas adsorben yang dihasilkan. Semakin lama waktu perendaman pori-pori serat daun nanas akan semakin besar sehingga diharapkan juga akan menambah luas permukaannya. Dengan luas permukaan yang besar diharapkan waktu kontak yang dibutuhkan pendek. ₊ Proses adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B oleh selulosa dari serat daun nanas dilakukan pada pH asam karena pada pH asam atom-atom hidrogen (H ) pada larutan dapat memprotonasi gugus N dari kloridasianurat zat warna Procion Red MX 8B. Pada kondisi asam, gugus hidroksil dari selulosa akan berinteraksi dengan gugus reaktif dari zat warna Procion Red MX 8B.

Sedangkan isoterm adsorpsi yang terjadi dapat diketahui dengan menvariasi konsentrasi zat warna Procion Red MX 8B, sehingga akan diketahui jenis adsorpsinya. Persamaan isoterm yang sesuai adalah persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich dengan jenis adsorpsi yang berlangsung secara kimia dan fisika. Dimana gugus OH dari selulosa akan berinteraksi dengan zat warna secara kimia dan fisika.

Hipotesa

1. Daun nanas yang diaktivasi NaOH 2% akan mampu menyerap zat warna Procion Red MX 8B

2. Kondisi optimal adsorpsi serat daun nanas akan optimum pada kondisi waktu aktivasi yang lama, waktu kontak yang singkat dan kondisi pH asam.

3. Isoterm adsorpsi yang sesuai adalah isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich.

BAB III

Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode eksperimetal di laboratorium untuk mengetahui adsorpsi yang optimal dari serat daun nanas hasil aktivasi terhadap adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B dengan memperhatikan parameter waktu kontak dan pH.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Pusat Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Sub Lab Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta.

C. Alat dan Bahan 1.

Alat

a. Spektrofotometer UV Vis Shimadzu UV-160 IPC

b. Spektrofotometer UV-Vis 21D

c. Neraca analitik (Sartorius, Model BP 100, Max : 310g, d : 0,001g )

d. Magnetik Stirer

e. Heidolph Stirer

f. Mufel Furnace Thermolyn 48000 g.

Blender

h. pH meter i. Kertas saring j. Peralatan gelas (pyrex) 2.

Bahan

a. Daun Nanas

b. Zat warna Procion Red MX 8B

c. NaOH p.a (E.Merck)

d. HCl p.a (E.Merck)

1. Aktivasi Daun Nanas

Daun nanas dicuci dengan air bersih, dipotong-potong, dan dihaluskan dengan blender. Serat daun nanas yang diperoleh direndam dalam NaOH 2% dengan waktu aktivasi 0, 12, 24, 48 jam. Hasil rendaman dicuci dengan aquadest sampai netral (pH 6-7) kemudian dikeringkan dengan oven suhu 100ºC. Berat akhir hasil pengeringan ditimbang.

2. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum

Larutan zat warna Procion Red MX 8B dengan konsentrasi 5 ppm diukur adsorbansinya dengan Spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 400-600 nm sehingga akan didapatkan panjang gelombang maksimum.

3. Pembuatan Kurva Standard Larutan zat warna Procion Red MX 8B dibuat dalam konsentrasi 0, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30 ppm.

Tiap larutan diukur adsorbansinya pada panjang gelombang maksimum.

4. Penentuan Kondisi Optimum

Serat hasil variasi waktu aktivasi sebanyak 0,1 gram ditambahkan ke dalam 20 mL zat warna

Procion Red MX 8B 20 ppm yang telah diatur pH-nya, mulai dari pH 1, 2, 3, 4. Kemudian larutan di aduk

dengan stirer. Hasilnya disaring dan diukur absorbansinya pada panjang gelombang maksimum.

5. Penentuan Isoterm Adsorpsi

Serat daun nanas aktif sebanyak 0,1 gram ditambahkan ke dalam 20 mL larutan zat warna

Procion Red MX 8B dengan konsentrasi 10, 25, 40, 55, 70, 85, 100 ppm pada kondisi optimum. Hasilnya

disaring dan diukur absorbansinya.

6. Aplikasi Limbah

Limbah sebanyak 50 mL diencerkan ke dalam labu ukur 100mL. Serat daun nanas aktif sebanyak

Kondisi optimum penyerapan zat warna Procion Red MX 8B oleh serat daun nanas di dapat dari waktu aktivasi, pH, dan waktu kontak. Data yang diperoleh berupa grafik adsorpsi dengan spektrofotometer UV-Vis. Hasil percobaan diuji dengan Uji Anova dan Duncan untuk mengetahui pengauruh variasi pada proses adsorpsi.

Isoterm adsorpsi yang terjadi pada serat daun nanas aktif dapat diketahui dari uji persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich. Isoterm adsorpsi menunjukkan jenis adsorpsi. Jenis adsorpsi ditentukan dari harga koefisien korelasi r yang mendekati satu. Data statistik diuji dengan Regersi Linier sederhana.

Teknik Pengumpulan Data

Data yang dihasilkan berupa data kemampuan adsorben untuk menyerap zat warna Procion

Red MX 8B. Data diperoleh dari konsentrasi zat warna yang tersisa setelah proses adsorbsi. Konsentrasi

diperoleh berdasarkan data adsorbansi yang diukur dengan spektrofotometerUV-Vis. Dari data adsorbansi akan diketahui konsentrasi zat warna yang terserap (mg/g).

Teknik Analisa Data

Penentuan kondisi optimum adsorbsi serat daun nanas aktif untuk zat warna Procion Red MX

8B menggunakan uji Anova dan uji Duncan. Konsentrasi akhir larutan zat warna Procion Red MX 8B

setelah adsorpsi diperoleh dari data adsorbansi hasil analisa spektrofotometer UV-Vis dengan bantuan kurva standar sehingga besarnya zat warna yang terserap (mg/g) dapat diketahui.

Jenis isoterm adsobsi yang terjadi dapat diketahui dengan membandingkan konstanta r dengan menggunakan persamaan isoterm adsorbsi Langmuir dan Freundlich. Konstanta r diperoleh dari uji statistik dengan metode Regresi Linier Sederhana. Jenis isoterm dipilih untuk harga konstanta r yang paling mendekati satu.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Aktivasi Serat Daun Nanas Onggo (2005) menyatakan, aktivasi merupakan suatu proses untuk menghilangkan zat-zat

pengotor sehingga akan mengaktifkan gugus-gugus aktif yang ada. Fungsi dari aktivasi dalam penelitian ini adalah untuk melarutkan senyawa-senyawa dalam serat daun nanas yang dapat menghambat proses adsorbsi serat daun nanas. Secara struktur serat daun nanas tersusun dari selulosa, hemiselulosa, lignin, pektin, lilin, dan lemak, serta zat-zat lain yang larut dalam air. Keberadaan lignin bersama-sama dengan selulosa tidak menguntungkan pada saat adsorpsi. Fungsi lignin sebagai pengikat antar sel selulosa akan menghambat proses adsorpsi. Larutan NaOH digunakan sebagai pelarut yang akan menghilangkan lignin tersebut. Han (1999) menyatakan bahwa selain lignin, senyawa yang larut dalam NaOH adalah hemiselulosa, pektin, lemak, lilin, dan protein.

Serat daun nanas yang digunakan sebagai adsorben merupakan bagian dari tanaman nanas (Ananas cosmosus (L) Merr) yang ditunjukkan pada lampiran 4 . Serat daun nanas yang dihasilkan dari proses penggilingan tidak langsung digunakan untuk menyerap karena serat tersebut masih mengandung pigmen dan lignin, untuk itu serat daun nanas perlu diaktivasi terlebih dahulu.

Prosea aktivasi dilakukan dengan merendam serat daun nanas dalam larutan NaOH 2%. Aktivator NaOH 2% akan terdispersi ke dalam pori-pori serat daun nanas. Selain itu, NaOH 2% berfungsi untuk memisahkan lignin dari selulosa yang terdapat di dalamnya serta membantu mengaktifkan gugus hidroksil pada dinding selulosa.

Setelah melalui proses aktivasi larutan rendaman serat daun nanas yang awalnya berwarna kuning cerah akan menjadi berwarna hijau kehitaman, hal ini menunjukkan pigmen serat daun nanas telah terlarut selama proses aktivasi. Berat akhir serat daun nanas yang dihasilkan dari variasi waktu aktivasi dapat dilihat pada tabel 2 di bawah ini. Waktu Aktivasi Sebelum aktivasi dalam Setelah aktivasi dalam Rendemen No.

(jam) kondisi basah (gram) kondisi kering (gram) (%) 1. 15,005 1,643 10,930 2. 12 15,003 1,530 10,198 3. 24 15,002 1,512 10,078 4. 48 15,005 1,504 10,023

Berat rendemen yang dihasilkan dari hasil aktivasi semakin menurun sebanding dengan lama waktu aktivasi. Hal ini dikarenakan jumlah lignin serta senyawa-senyawa lain yang terpisah dari selulosa karena larut dalam NaOH semakin banyak. Serat daun nanas aktif yang diperoleh dari proses aktivasi berwarna kuning muda dan baunya harum.

B. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Zat Warna

Procion Red MX 8B

Penentuan panjang gelombang maksimum diperoleh dengan mengukur absorbansi zat warna

Procion Red MX 8B pada panjang gelombang 400

− 600 nm. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh adalah 540 nm. Spektrum absorbansi zat warna Procion Red MX 8B ditunjukkan pada gambar

Gambar 3. Spektrum Adsorbansi Zat Warna Procion Red MX 8B C.

Pembuatan Kurva Standar Zat Warna Procion Red MX 8B

Pembuatan kurva standar dilakukan dengan mengukur absorbansi larutan zat warna Procion

Red MX 8B pada panjang gelombang maksimum 540 nm dengan variasi konsentrasi yang telah

ditentukan. Data hasil pengukuran absorbansi kurva standar ditunjukkan pada tabel 3. Dengan menggunakan metode Least Square didapatkan persamaan y = 0.017x - 0.0024, dengan koefisien regresi linier r = 0,9998.

Tabel 3. Data Kurva Standar Zat Warna Procion Red MX 8B

No. Konsentrasi (ppm) Absorbansi 1 0,000 2 1 0,015

3 5 0,079

4 10 0,168

5 15 0,252

6 20 0,340

7 25 0,423

8 30 0,508 Grafik kurva standar zat warna Procion Red MX 8B yang diperoleh ditunjukkan pada gambar 4.

0.6

0.5

0.4 si n a

0.3 rb

y = 0.017x - 0.0024

0.2 so b

r = 0.9998

0.1 A

35 Konsentrasi (ppm)

Gambar 4. Grafik Kurva Standar Zat Warna Procion Red MX 8B

Penentuan Kondisi Optimum

Penentuan kondisi optimum meliputi waktu aktivasi, waktu kontak, dan pH. Kondisi optimum diperoleh dengan menambahkan sejumlah adsorben serat daun nanas aktif pada larutan zat warna

Procion Red MX 8B pada konsentrasi tertentu yang telah diatur pH-nya. Kemudian diaduk dengan stirer

dan dilakukan pengukuran absorbansi. Dari data absorbansi, akan diketahui daya serap (mg/g) serat daun nanas aktif dalam menyerap zat warna.

Hasil perhitungan daya serap (mg/g) dapat dilihat pada lampiran 6. Dari data uji Statistik Anova ketiga variasi, yaitu : waktu aktivasi, waktu kontak, dan pH memberikan pengaruh yang berbeda seperti yang terlihat pada lampiran 7. Kondisi optimum dicapai pada waktu aktivasi 24 jam, waktu kontak 120 menit, dan pH 1 dengan daya serap 3,748 mg/g.

1. Penentuan Waktu Aktivasi Optimum

Serat daun nanas terdiri dari selulosa, lignin, hemiselulosa dan senyawa lainnya. Keberadaan lignin akan menurunkan proses adsorpsi. Hal ini karena keberadaan lignin yang tinggi menunjukkan densitas atau kerapatan yang tinggi pula sehingga akan menghalangi proses adsorpsi. Untuk

Kondisi optimum dari waktu aktivasi didapatkan dengan memvariasi waktu aktivasi serat daun nanas dengan NaOH 2%. Data pengaruh waktu aktivasi terhadap daya serap serat daun nanas aktif ditunjukkan pada tabel 4, dan secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 6 dan 9.

Tabel 4. Data Pengaruh Aktivasi terhadap Daya Serap Serat Daun Nanas Aktif

No. Waktu Aktivasi (jam) Daya Serap (mg/g) 1.

1,067 2. 12 1,694 3. 24 2,014 4. 48 1,936

Uji Statistik Anova dan Duncan seperti terlihat pada lampiran 9, waktu aktivasi 0 jam, 12 jam, 24 jam, 48 jam mempunyai efek yang berbeda-beda.

Gambar 5. Pengaruh Waktu Aktivasi pada Daya Serap Serat Daun Nanas Aktif

Berdasarkan gambar 5, pada saat waktu aktivasi 0 jam (tanpa aktivasi) menghasilkan daya serap terkecil, karena pada saat waktu aktivasi 0 jam, lignin belum terpisah dari selulosa sehingga ^0.5 ¹ ^1.5 ² ^2.5 ²⁰ ⁴⁰ ⁶⁰ Waktu Aktivasi (jam)

D aya S er ap (m g/

g) Daya serap semakin naik pada waktu aktivasi 24 jam. Hal ini menunjukkan bahwa lignin yang terpisah dari selulosa jauh lebih banyak dibanding waktu aktivasi 0 dan 12 jam. Pada waktu aktivasi 24 jam, tercapai waktu aktivasi optimum karena lignin yang ada pada serat sudah terpisah dari selulosa secara optimal. Pada kondisi waktu aktivasi 48 jam daya serapnya menurun, karena hemiselulosa yang meningkatkan proses adsorpsi banyak yang ikut terlarut sehingga menurunkan banyaknya sisi aktif (Han, 1999).

2. Penentuan pH Optimum

Pada penentuan pH optimum dilakukan dengan cara mengatur pH larutan zat warna Procion Red MX 8B.

Tabel 5. Pengaruh pH terhadap Daya Serap Serat Serat Daun Nanas (mg/g).

No. pH Daya Serap (mg/g) 1. 1 3,210 2. 2 2,889 3. 3 0,442 4. 4 0,170 Data pengaruh pH terhadap daya serap serat daun nanas aktif dapat dilihat pada tabel 5. Data penentuan pH optimum yang dapat dilihat pada lampiran 5, 6, 8 dan 11 menunjukkan bahwa setiap pH memberikan efek yang berbeda nyata pada adsorpsi zat warna Procion Red MX 8B.

)

4 g / g

3 m ( p

2 a

Gambar 6. Pengaruh pH Terhadap Daya Serap Serat Daun Nanas Aktif

Dari gambar 6 menunjukkan, kondisi pH 1 memiliki daya serap terbesar dibandingkan dengan kondisi pH yang lainnya. Pada pH 1 dimungkinkan karena interaksi ikatan hidrogen berperan pada proses adsorpsi. Seperti dalam gambar 7 menunjukkan adanya interaksi ikatan hidrogen antara gugus hidroksil maupun gugus amina dari zat warna dengan gugus hidroksil dari selulosa. Sehingga memungkinkan zat warna teradsorps dalam serat daun nanas aktif. ₊

Pada gambar 8 dalam kondisi asam, ada dua kemungkinan interaksi. Atom natrium gugus sulfonat dari zat warna tergantikan oleh (H ) dari larutan dan menambah gugusan OH dalam sulfonat, sehingga dimungkinkan gugus tersebut akan berinteraksi ikatan hidrogen dengan gugus OH selulosa. Interaksi lain ₊ yang mungkin terjadi dalam kondisi asam adalah atom nitrogen dari kloridasianurat zat warna yang terprotonasi oleh hidrogen (H ) dari larutan sehingga kondisi ini akan membuat gugus hidroksil selulosa yang mempunyai kecenderungan parsial negatif saling berinteraksi. Interaksi ini memungkinkan zat warna teradsorp oleh serat daun nanas aktif. Sehingga dalam kondisi pH 1 menunjukkan daya serap paling tinggi dibandingkan kondisi pH 2,3, dan 4.

1. Kemungkinan interaksi I _R _N _{NaO S SO Na} _N ₃ _{OH NH R} ₃ _{HO: Selulosa} _R _N

NaO S SO Na _N ₃ _HO _{HO: NH R} _Selulosa

₃

2. Kemungkinan interaksi II

_R _N NaO _{NaO S SO Na} _N ^{3 S SO} ₃ _{OH NH}

^{3 Na}

_HO: ₃ _Selulosa _{R N} N _{HO: NH R} _HO _Selulosa

Gambar 7. Kemungkinan interaksi yang terjadi antara gugus reaktif zat warna antara dengan selulosa

dari serat daun nanas aktif ₊

3. Kemungkinan interaksi III _{O: S O: Na O: S :OH} _{:O H} _{N R N R} _{N N} _:O _HO: _Selulosa _{O: S OH} :O _{N R} _HO: _N _Selulosa

4. Kemungkinan interaksi IV _N _N _Cl _Cl _{H Zat Warna HN + NH} _{+ Zat Warna HN N:} _N _N _Cl _Cl _{Zat Warna HN NH} _N _N _Cl Cl _{Zat Warna HN NH Selulosa} _{- +} _HO _Selulosa _N _Cl _{OH + -} N _Cl

Gambar 8. Kemungkinan interaksi yang terjadi antara gugus reaktif zat warna antara dengan selulosa

dari serat daun nanas aktif pada kondisi asam Pada pH 2, 3, dan 4 menghasilkan penyerapan yang lebih kecil dari pH 1. Hal ini dimungkinkan karena belum banyak atom nitrogen dari kloridasianurat ataupun gugus sulfonat dari zat warna yang zat warna Procion Red MX 8B dengan serat daun nanas aktif yang mengandung selulosa adalah ikatan hidrogen sehingga interaksinya tidak kuat.

3. Penentuan Waktu Kontak Optimum Selain variasi waktu aktivasi dan pH, kondisi optimum juga diamati pada variasi waktu kontak.

Waktu kontak adalah waktu yang dibutuhkan daun nanas aktif untuk mengadsorbsi zat warna Procion

Red MX 8B. Penentuan waktu kontak optimum dilakukan dengan memvariasikan waktu pada saat

pengontakan antara serat daun nanas aktif dengan zat warna Procion Red MX 8B. Data pengaruh waktu kontak terhadap daya serap serat daun nanas dapat dilihat pada tabel 6.

Tabel 6. Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Daya Serap Serat Daun Nanas (mg/g)

No. Waktu Kontak (menit) Daya Serap (mg/g) 1.

30 1,614 2. 60 1,693 3. 120 1,715 4. 180 1,670

Dari tabel 6 dapat dibuat kurva pengaruh waktu kontak terhadap daya serap serat daun nanas (mg/g), seperti ditunjukkan pada gambar 9.

1.6 ^1.62 ^1.64 ^1.66 ^1.68 ^1.7 ^1.72 D aya S er ap (m g/ g)

Berdasarkan uji statistik Anova dan Duncan untuk daya serap dapat dilihat pada lampiran 7, 8, dan 10 menunjukkan bahwa setiap waktu kontak mempunyai pengaruh yang berbeda. Waktu kontak optimum terjadi pada waktu 120 menit. Pada saat waktu kontak kurang dari 120 menit penyerapan belum maksimal, dimungkinkan daun nanas aktif dalam mengadsorbsi zat warna belum mencapai titik jenuh sehingga masih mampu mengadsorbsi zat warna. Pada saat waktu kontak lebih dari 120 menit, dimungkinkan karena terlalu lamanya kontak fisik antara zat warna dengan selulosa maka zat warna lama-kelamaan akan terlepas ke dalam larutan. Hal ini menyebabkan jumlah zat warna yang terukur semakin besar, yang mengindikasikan daya serapnya juga menurun.

Penentuan Isoterm Adsorpsi

Penentuan isoterm adsorbsi dilakukan guna mengetahui jenis isoterm yang terjadi serta jenis adsorbsi yang terjadi sehingga dapat diketahui interaksi yang terjadi pada saat adsorbsi. Untuk mengetahui jenis isoterm yang sesuai, maka data yang diperoleh diuji dengan menggunakan persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich.

Penentuan isoterm adsorbsi dilakukan dengan menambahkan adsorben ke dalam larutan zat warna Procion Red MX 8B yang telah divariasi konsentrasinya. Proses tersebut dilakukan pada kondisi optimum yang telah dicapai pada porses sebelumnya. Data daya serap serat daun nanas aktif dapat dilihat pada tabel 7.

Tabel 7. Daya Serap Serat Daun Nanas Aktif (mg/g)

No. Konsentrasi (ppm) Absorbansi C Akhir (ppm) C Terserap (ppm) 1. 10 0,082 4,968 5,032 2. 25 0,030 1,907 23,090 3. 40 0,263 15,621 24,380 4. 55 0,351 20,800 34,200

7. 100 0,603 35,633 64,370 Dari hasil pengukuran pada tabel 7, kemudian diujikan dengan persamaan garis lurus Isoterm Adsorbsi Langmuir dan Freundlich.

1. Isoterm Adsorbsi Langmuir Isoterm adsorbsi Langmuir menginterpretasikan bahwa profil penyerapan terjadi secara kimia.

Tabel 8. Data Penentuan Isoterm Adsorbsi Langmuir

No. C (ppm) 1/C m 1/m 1.

10 0,100 1,007 0,994 2. 25 0,040 4,619 0,217 3. 40 0,025 4,876 0,205 4. 55 0,018 6,840 0,146 5. 70 0,014 8,875 0,113 6. 85 0,012 10,945 0,091 7. 100 0,010 12,874 0,078

Isoterm adsorpsi Langmuir dibuat dengan menghitung harga 1/c dan 1/m dari persamaan

p bK b m

1  

. Dengan data 1/c dan 1/m dapat dilihat pada tabel 8. Dari data pada tabel 8 dapat dibuat kurva dengan memplotkan antara 1/c dan 1/m dengan bantuan persamaan garis lurus sehingga akan didapatkan harga koefisien regresi linier r = 0,983 dengan

Gambar 10. Kurva Isoterm Adsorbsi Langmuir.

1.2

1/ m

0.12 1/c

0.1

0.08

0.06

0.04

0.02

Tabel 9. Data Penentuan Isoterm Adsorbsi Freundlich

0.8

0.6

0.4

0.2

y = 10.036x - 0.051 R = 0.983

2. Isoterm Adsorpsi Freundlich Isoterm adsorbsi Langmuir menginterpretasikan bahwa profil penyerapan terjadi secara fisika.

Isoterm adsorbsi Freundlich dibuat dengan menghitung harga log c dan log m dari persamaan

10 1 1.007 0.003 2. 25 1,398 4.619 0.665 3. 40 1,602 4.876 0.688 4. 55 1,740 6.840 0.835 5. 70 1,845 8.875 0.948 6. 85 1,929 10.945 1.039 7. 100 2,000 12.874 1.170

No. C (ppm) log C m log m 1.

Dari data pada tabel 9 dapat dibuat kurva dengan memplotkan antara log c dan log m dengan bantuan persamaan garis lurus sehingga akan didapatkan harga koefisien regresi linier r = 0,978 dengan persamaan . Adapun kurva Isoterm Adsorbsi Freundlich dapat dilihat pada

y  1.039x  0.9534 gambar 11 di bawah ini.

1.2

1 y = 1.0387x - 0.9534

0.8 R = 0.978

0.6 log

0.4

0.2

0.5

1.5

2.5 log c

Gambar 11. Kurva Isoterm Adsorbsi Freundlich.

Dai harga koefisien regresi (r) dari masing-masing persamaan, diketahui bahwa harga koefisien regresi dari persaman Langmuir nilainya hampir sama dengan harga koefisien regresi dari persaman Freundlich. Dari harga koefisien regresi yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa percobaan adsorpsi zat warna dengan serat daun nanas mengikuti persamaan Langmuir dan Freundlich, dan kecenderungan relatif terhadap persamaan Langmuir. Jadi interaksi yang terjadi berlangsung secara kimia dan fisika.

Aplikasi Limbah

Aplikasi limbah pabrik dilakukan untuk mengetahui daya serap serat daun nanas aktif yang dibandingkan dengan serat daun nanas alam dalam kondisi optimum. Limbah diperoleh dari limbah cair industri tekstil hasil pencelupan zat warna Procion Red MX 8B yang belum dialirkan ke sungai.

Penelitian dilakukan dengan mengadsorbsi limbah dengan 0,1 gram serat daun nanas aktif pada kondisi optimum yang telah didapatkan sebelumnya. Limbah terlebih dahulu diencerkan dari

Tabel 10. Data Hasil Adsorbsi Limbah Zat Warna Procion Red MX 8B dengan Adsorben Serat Daun Nanas

C Terserap Daya Serap Adsorben A akhir C akhir C Akhir (ppm)

(ppm) (mg/g) Serat Daun

0,128 7,675 15,350 31,901 6,380 Nanas Aktif

Serat Daun 0,188 11,207 22,413 24,838 4,968

Nanas Alam Dari hasil percobaan terlihat serat daun nanas aktif dapat digunakan untuk menyerap zat warna Procion Red MX 8B. Serat daun nanas aktif dapat menyerap zat warna lebih banyak dibanding serat daun nanas alam dengan daya serap 6,380 mg/g.