Pembuatan Dan Karakterisasi Film Kitosan Dengan Karbon Dari Ampas Kopi Untuk Menurunkan Kadar Logam Timbal(Pb)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kegiatan industri, pertambangan dan pertanian banyak menghasilkan limbah di
perairan. Kontaminan logam berat di perairan masih merupakan permasalahan
lingkungan yang penting dan belum terpecahkan. Limbah buangan industri yang
berwujud cair biasanya mengandung logam berat yang dapat membahayakan
kehidupan di sekitarnya (Darmono, 2001). Logam berbahaya bagi kehidupan manusia
jika konsentrasi melebihi ambang batas yang diijinkan, apabila konsentrasinya belum
melebihi ambang batas, maka logam belum berbahaya bagi kehidupan. Keberadaan
logam berat telah diketahui bersifat akumulatif dalam sistem biologis (Quek, 1998).
Mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan oleh logam berat, banyak metodemetode baru yang murah, efektif, dan efisien yang dikembangkan untuk menurunkan
kadar logam berat dalam air antara lain pengendapan kimia, filtrasi mekanik, penukar
ion, elektrodeposisi, oksidasi reduksi, sistem membran, dan adsorpsi fisik (Herwanto
dan Eko, 2006). Proses adsorpsi lebih banyak dipakai dalam industri karena lebih
ekonomis dan tidak menimbulkan efek samping yang beracun (Nurhasmi, 2012).
Dewasa ini banyak penelitian yang mencoba menemukan adsorben yang lebih
ekonomis, ramah lingkungan dan aman bagi kesehatan. Salah satunya adalah
penggunaan adsorben yang mengandung polimer alam seperti kitosan. Kitosan
merupakan biopolimer yang efektif digunakan sebagai adsorben logam berat karena
sifatnya
yang
tidak
beracun,
biokompatibilitas,
biodegradabilitas
dan
biofungsionalitas (Kousalya, et al. 2010). Menurut Mc Kay 1987 (dalam Meriatna
2008), kitosan mempunyai kemampuan untuk mengikat logam dan membentuk
kompleks kitosan dengan logam. Metode adsorpsi umumnya didasarkan pada
interaksi logam dengan gugus fungsional yang ada pada permukaan adsorben melalui
interaksi pembentukan kompleks. Kitosan adalah biosorben bahan pencemar yang
1
2
efektif karena derajat deasetilasi yang tinggi dan memiliki gugus amino bebas yang
dikandungnya, sehingga bersifat polikationik yang mempunyai kemampuan untuk
mengikat logam (Zakaria et al, 2002).
Kemampuan kitosan untuk mengadsorpsi sudah cukup baik, namun
selektivitas dan aplikasi kitosan dapat ditingkatkan lagi dengan cara memodifikasinya
secara fisika ataupun kimia (Syahriza, 2009). Sugita (2009) juga menyatakan,
memodifikasi struktur kitosan dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi, kekuatan
mekanik, dan kestabilannya. Beberapa penelitian juga memperlihatkan bahwa
modifikasi terhadap kitosan dapat meningkatkan daya adsorpsi terhadap logam berat.
Nomanbhay (2008), menyatakan bahwa penggunaan arang tempurung kelapa sawit
yang disalut dengan kitosan dapat menurunkan kadar logam Cr(III). Daulat (2009)
juga menggunakan nanokitosan yang disalut dengan karbon aktif untuk menyerap
logam St(II).
Karbon memiliki luas permukaan yang besar dan mempunyai daya serap
tinggi karena mempunyai situs aktif yang dapat menyerap bahan-bahan organik
maupun anorganik. Karbon digunakan pada berbagai bidang aplikasi sesuai dengan
jenisnya. Karbon banyak digunakan dalam industri untuk mengolah limbah cair
sebelum dibuang ke perairan. Sumber-sumber karbon yang telah dibuat dari
tempurung kelapa, tempurung kelapa sawit, sekam padi, ampas kopi dan lain-lain.
Ampas kopi termasuk bahan organik yang dapat dibuat menjadi arang aktif untuk
digunakan sebagai adsorben atau bahan penyerap. Bahan baku yang berasal dari
bahan organik dapat dibuat menjadi arang aktif karena bahan baku tersebut
mengandung karbon (Sugiharto,1987). Irmanto (2009) telah membuat karbon aktif
dari ampas kopi dengan rendemen 14,56%; kadar air 3,29%; kadar abu 1,37% dan
daya serap terhadap iodium 750,245 mg/g untuk menurunkan kadar amonia, nitrit dan
nitrat limbah cair industri tahu. Rizki dan Sanjaya (2015) juga membuat karbon aktif
dari ampas kopi dengan rendemen 62,06%; kadar air 11,89%; kadar abu 9,25% untuk
menurunkan kadar logam Fe.
3
Karbon dapat digunakan sebagai substrat untuk menempelkan kitosan agar dapat
menyerap logam berat. Dengan alasan tersebut, penelitian ini bertujuan memodifikasi
kitosan dengan penambahan karbon dari ampas kopi untuk meningkatkan daya
serapnya dalam menurunkan kadar logam Timbal (Pb).
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah berapa besar kemampuan kitosan dengan
penambahan karbon untuk menurunkan kadar logam timbal (Pb) dalam larutan
standar.
1.3 Pembatasan Masalah
Adapun pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan film kitosan dari kitosan cangkang
belangkas diperoleh secara komersial
2. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan karbon dari ampas kopi dan
dikarakterisasi dengan Particle Size Analyzer (PSA) dan Fourier Transform
Infrared Spectroscopy (FTIR)
3. Penelitian ini dibatasi pada penggunaan ampas kopi dari kedai kopi Jus
Kuphie jalan Setiabudi
4. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan film kitosan
− karbon dengan variasi
berat karbon 0.5 g; 1 g; 1.5 g; 2 g, kemudian dikarakterisasi dengan Uji tarik,
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), dan Scanning Electron
Microscopy (SEM)
5. Penelitian ini dibatasi pada penggunaan film kitosan untuk menurunkan
kadar logam timbal (Pb) dengan metode SPE (Solid Phase Extraction)
6. Penelitian ini dibatasi pada penggunaan logam Pb (II) dari larutan standar Pb
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk adalah :
4
1. Untuk mengetahui kemampuan film kitosan yang dimodifikasi dengan karbon
dari ampas kopi untuk menyerap logam Pb(II) pada larutan standar
2. Untuk mengetahui persentase daya serap film kitosan dengan penambahan
karbon untuk penurunan kadar logam Pb(II) dalam larutan standar.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang pembuatan
film kitosan dengan penambahan karbon untuk menurunkan kadar logam Pb(II), dan
juga memberikan informasi tentang pemanfaatan ampas kopi sebagai sumber karbon.
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dilaboratorium dengan beberapa tahap :
1. Tahap pertama yaitu, pembuatan karbon dari ampas kopi dan dikarakterisasi
dengan Particle Size Analyzer (PSA) dan Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR)
2. Tahap kedua yaitu, pembuatan film kitosan dengan karbon dari ampas kopi
dikarakterisasi dengan Uji tarik, Fourier Transform Infrared Spectroscopy
(FTIR), dan Scanning Electron Microscopy (SEM)
3. Tahap ketiga yaitu, pengujian daya serap logam Pb (II) dengan film kitosankarbon dan di analisis dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ilmu Dasar FMIPA USU, Laboratorium
Kimia Fisika FMIPA USU, dan Pusat Laboratorium Forensik (PUSLABFOR)
MABES POLRI Jakarta.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kegiatan industri, pertambangan dan pertanian banyak menghasilkan limbah di
perairan. Kontaminan logam berat di perairan masih merupakan permasalahan
lingkungan yang penting dan belum terpecahkan. Limbah buangan industri yang
berwujud cair biasanya mengandung logam berat yang dapat membahayakan
kehidupan di sekitarnya (Darmono, 2001). Logam berbahaya bagi kehidupan manusia
jika konsentrasi melebihi ambang batas yang diijinkan, apabila konsentrasinya belum
melebihi ambang batas, maka logam belum berbahaya bagi kehidupan. Keberadaan
logam berat telah diketahui bersifat akumulatif dalam sistem biologis (Quek, 1998).
Mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan oleh logam berat, banyak metodemetode baru yang murah, efektif, dan efisien yang dikembangkan untuk menurunkan
kadar logam berat dalam air antara lain pengendapan kimia, filtrasi mekanik, penukar
ion, elektrodeposisi, oksidasi reduksi, sistem membran, dan adsorpsi fisik (Herwanto
dan Eko, 2006). Proses adsorpsi lebih banyak dipakai dalam industri karena lebih
ekonomis dan tidak menimbulkan efek samping yang beracun (Nurhasmi, 2012).
Dewasa ini banyak penelitian yang mencoba menemukan adsorben yang lebih
ekonomis, ramah lingkungan dan aman bagi kesehatan. Salah satunya adalah
penggunaan adsorben yang mengandung polimer alam seperti kitosan. Kitosan
merupakan biopolimer yang efektif digunakan sebagai adsorben logam berat karena
sifatnya
yang
tidak
beracun,
biokompatibilitas,
biodegradabilitas
dan
biofungsionalitas (Kousalya, et al. 2010). Menurut Mc Kay 1987 (dalam Meriatna
2008), kitosan mempunyai kemampuan untuk mengikat logam dan membentuk
kompleks kitosan dengan logam. Metode adsorpsi umumnya didasarkan pada
interaksi logam dengan gugus fungsional yang ada pada permukaan adsorben melalui
interaksi pembentukan kompleks. Kitosan adalah biosorben bahan pencemar yang
1
2
efektif karena derajat deasetilasi yang tinggi dan memiliki gugus amino bebas yang
dikandungnya, sehingga bersifat polikationik yang mempunyai kemampuan untuk
mengikat logam (Zakaria et al, 2002).
Kemampuan kitosan untuk mengadsorpsi sudah cukup baik, namun
selektivitas dan aplikasi kitosan dapat ditingkatkan lagi dengan cara memodifikasinya
secara fisika ataupun kimia (Syahriza, 2009). Sugita (2009) juga menyatakan,
memodifikasi struktur kitosan dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi, kekuatan
mekanik, dan kestabilannya. Beberapa penelitian juga memperlihatkan bahwa
modifikasi terhadap kitosan dapat meningkatkan daya adsorpsi terhadap logam berat.
Nomanbhay (2008), menyatakan bahwa penggunaan arang tempurung kelapa sawit
yang disalut dengan kitosan dapat menurunkan kadar logam Cr(III). Daulat (2009)
juga menggunakan nanokitosan yang disalut dengan karbon aktif untuk menyerap
logam St(II).
Karbon memiliki luas permukaan yang besar dan mempunyai daya serap
tinggi karena mempunyai situs aktif yang dapat menyerap bahan-bahan organik
maupun anorganik. Karbon digunakan pada berbagai bidang aplikasi sesuai dengan
jenisnya. Karbon banyak digunakan dalam industri untuk mengolah limbah cair
sebelum dibuang ke perairan. Sumber-sumber karbon yang telah dibuat dari
tempurung kelapa, tempurung kelapa sawit, sekam padi, ampas kopi dan lain-lain.
Ampas kopi termasuk bahan organik yang dapat dibuat menjadi arang aktif untuk
digunakan sebagai adsorben atau bahan penyerap. Bahan baku yang berasal dari
bahan organik dapat dibuat menjadi arang aktif karena bahan baku tersebut
mengandung karbon (Sugiharto,1987). Irmanto (2009) telah membuat karbon aktif
dari ampas kopi dengan rendemen 14,56%; kadar air 3,29%; kadar abu 1,37% dan
daya serap terhadap iodium 750,245 mg/g untuk menurunkan kadar amonia, nitrit dan
nitrat limbah cair industri tahu. Rizki dan Sanjaya (2015) juga membuat karbon aktif
dari ampas kopi dengan rendemen 62,06%; kadar air 11,89%; kadar abu 9,25% untuk
menurunkan kadar logam Fe.
3
Karbon dapat digunakan sebagai substrat untuk menempelkan kitosan agar dapat
menyerap logam berat. Dengan alasan tersebut, penelitian ini bertujuan memodifikasi
kitosan dengan penambahan karbon dari ampas kopi untuk meningkatkan daya
serapnya dalam menurunkan kadar logam Timbal (Pb).
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah berapa besar kemampuan kitosan dengan
penambahan karbon untuk menurunkan kadar logam timbal (Pb) dalam larutan
standar.
1.3 Pembatasan Masalah
Adapun pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan film kitosan dari kitosan cangkang
belangkas diperoleh secara komersial
2. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan karbon dari ampas kopi dan
dikarakterisasi dengan Particle Size Analyzer (PSA) dan Fourier Transform
Infrared Spectroscopy (FTIR)
3. Penelitian ini dibatasi pada penggunaan ampas kopi dari kedai kopi Jus
Kuphie jalan Setiabudi
4. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan film kitosan
− karbon dengan variasi
berat karbon 0.5 g; 1 g; 1.5 g; 2 g, kemudian dikarakterisasi dengan Uji tarik,
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), dan Scanning Electron
Microscopy (SEM)
5. Penelitian ini dibatasi pada penggunaan film kitosan untuk menurunkan
kadar logam timbal (Pb) dengan metode SPE (Solid Phase Extraction)
6. Penelitian ini dibatasi pada penggunaan logam Pb (II) dari larutan standar Pb
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk adalah :
4
1. Untuk mengetahui kemampuan film kitosan yang dimodifikasi dengan karbon
dari ampas kopi untuk menyerap logam Pb(II) pada larutan standar
2. Untuk mengetahui persentase daya serap film kitosan dengan penambahan
karbon untuk penurunan kadar logam Pb(II) dalam larutan standar.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang pembuatan
film kitosan dengan penambahan karbon untuk menurunkan kadar logam Pb(II), dan
juga memberikan informasi tentang pemanfaatan ampas kopi sebagai sumber karbon.
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dilaboratorium dengan beberapa tahap :
1. Tahap pertama yaitu, pembuatan karbon dari ampas kopi dan dikarakterisasi
dengan Particle Size Analyzer (PSA) dan Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR)
2. Tahap kedua yaitu, pembuatan film kitosan dengan karbon dari ampas kopi
dikarakterisasi dengan Uji tarik, Fourier Transform Infrared Spectroscopy
(FTIR), dan Scanning Electron Microscopy (SEM)
3. Tahap ketiga yaitu, pengujian daya serap logam Pb (II) dengan film kitosankarbon dan di analisis dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ilmu Dasar FMIPA USU, Laboratorium
Kimia Fisika FMIPA USU, dan Pusat Laboratorium Forensik (PUSLABFOR)
MABES POLRI Jakarta.