Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd+2) Dan Tembaga (Cu+2) Serta Kompetisi Larutan Biner Dengan Menggunakan Adsorben Dari Batang Jagung (Zea Mays.)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pencemaran akibat kandungan logam berat dalam air limbah industri
menimbulkan masalah lingkungan yang serius karena bersifat beracun dan tidak
dapat terurai [1]. Limbah yang paling banyak mengandung logam berat pada
umumnya berasal dari limbah industri. Industri seperti pertambangan, pelapisan,
pewarnaan, pengolahan logam elektrokimia, dan penyimpanan baterai merupakan
industri – industri yang menghasilkan limbah logam berat dari aktivitasnya [2].
Selain itu, pencemaran ion logam merupakan permasalahan terbesar di dunia
karena ion logam berat dapat bergabung dengan rantai makanan sehingga dapat
menyebabkan berbagai penyakit dan mutasi gen [3]. Oleh karena itu, logam berat
berbahaya ini dapat mengganggu kehidupan organisme di lingkungan jika
keberadaannya melampaui ambang batas [4]. Hasil survei menunjukkan bahwa
beberapa jenis bahan alam telah digunakan sebagai bahan adsorpsi dalam
beberapa tahun terakhir ini memiliki banyak aplikasi industri dan lingkungan [5].
Berbagai cara yang tersedia untuk memurnikan air menggunakan bahan alam
telah menarik perhatian karena efektivitas dan sifat ramah lingkungan. Limbah
pertaniaan berpotensi untuk memproduksi bio adsorben, yang dapat digunakan
untuk meningkatkan kualitas air [6].
Adsorpsi adalah cara yang umum dipakai karena memiliki konsep yang lebih
sederhana dan ekonomis. Dewasa ini telah dikembangkan metode adsorpsi dengan
menggunakan biomassa tumbuhan yang dikenal dengan fitofiltrasi. Dasar
pemikiran dari fitofiltrasi adalah dengan mengunakan biomassa tumbuhan yang
telah mati sebagai pengikat ion logam [7].
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang penting, selain
gandum dan padi [8]. Permintaan jagung di Indonesia maupun di dunia
internasional berlangsung sangat dinamis. Di Indonesia permintaan jagung
disebabkan oleh peningkatan jumlah penduduk dan meningkatnya jumlah industri
yang membutuhkan bahan baku jagung. Kenaikan produktivitas ini sebagian besar
didominasi oleh jagung hibrida yang menilai sifat-sifat unggul dibandingkan
1
dengan jagung lokal [9]. Dalam kurun waktu dekat ini, produktivitas jagung di
Indonesia rata-rata 19,4 juta ton/tahun dan mengalami peningkatan mulai dari
18,51 juta ton/tahun pada tahun 2013 menjadi 19,61 juta ton/tahun pada tahun
2015 [10].
Berikut perkembangan data jumlah panen jagung di Indonesia pada tiga tahun
(2013-2015) yang disajikan pada tabel 1.1
Tabel 1.1 Jumlah Panen Jagung Indonesia Tahun 2013-2015
Indonesia
2013
2014
2015
18.511.853
19.008.426
19.612.435
50.717,41
52.077,88
53.732,69
Jumlah Panen
Jagung
(ton/tahun)
Produksi Jagung
(ton/hari)
Sumber Data: Statistik Pertanian, Departemen Pertanian RI 2016
Petani jagung hanya mengambil buah dari jagung tersebut, tetapi kulit jagung,
daun jagung dan batang jagung hanya dibakar tanpa pemanfaatan [11]. Namun,
baru-baru ini telah dipelajari pemanfaatan batang jagung sebagai adsorben [3].
Berikut penelitian yang telah dilakukan tentang bioadsorpsi dan pembuatan
adsorben dari batang jagung yang dapat dilihat pada tabel 1.2.
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapa n
Ion Logam
Nama
Peneliti
(Tahun)
Fathi., et al.,
(2015)
Penelitian
-
-
-
Batang jagung
Kecepatan
pengadukan 200
rpm
C35 H25N7 Na2 O10
S2
Massa adsorben
0,2 gram
Volume Larutan
direct red 23 =
25 ml
Suhu 318,15 K
Hasil Penelitian
-
pH optimum 2-3
Temperatur optimum
318,15 K
Ukuran partikel yang
optimum = 0-177 dan
210-297 nm
Konsentrasi optimum
40 mg/L
-
2
Topik Kajian
Removal of
Direct Red 23
from aqueous
solution using
corn stalks:
Isotherms,
kinetics and
thermodynamic
studiesELSEVIER
Nama
Peneliti
(Tahun)
Chen., et
al.,(2014)
Penelitian
-
Batang jagung
Menyerap
Cr(VI)
pH 1,5-5,5
100-400 mg/L
larutan Cr
Rentang variasi
suhu 298-323 K
150 rpm
Disaring pada
0,45μm
Waktu kontak 60
menit
Hasil Penelitian
-
-
-
Vafakhah.,et
al.,(2014)
Amegrissi.,
et al., (2013)
-
-
-
Batang jagung
Tongkol jagung
Menyerap Cu
70 mesh
pH 1,5-4,5
220 ppm, 1g
adsorben
-
Batang jagung
Meyerap logam
Cr
Variasi pH 2-7,5
Variasi waktu
pengontakan
1 g adsorben dan
50 mesh dalam
100 ml larutan
Cr dalam 200
rpm
Menguji
isothermal
adsorpsi bahan
-
-
-
-
-
3
Topik Kajian
Batang jagung
dimodifikasi untuk
mampu menyerap
ion logam Cr dari
larutan
mengikuti persamaan
isothermal Langmuir
adsorben yang
dimodifikasi lebih
baik dari yang biasa
pH optimum 4
waktu kestimbangan
15 menit
kapasitas adsorpsi
sebesar 200,00 mg/g
pada 303 K
Removal of
Cr(VI) from
aqueous solution
using modified
corn stalks:
Characteristic,
equilibrium,
kinetic and
thermodynamic
study- ELSEVIER
Waktu optimum 20
menit pertama
pH optimum 4,5
adsorben diaktifkan
dengan senyawa
asam
kapasitas adsorpsi
sebesar 0,325
mmol/g setelah
dimodifikasi
Removal of
copper ions from
electroplating
effluent solutions
with native corn
cob and corn
stalk and
chemically
modified corn
stalk-ELSEVIER
batang jagung sangat
bagus dalam
menyerap logam Cr
adsorben tanpa
modifikasi
waktu optimal pada
15 menit dan konstan
pada 90 menit
pH optimum pada 22,5
didapatkan Langmuir
adsorpsi 0,02
kapasitas adsorpsi
sebesar 0,375 mg/g
Heavy Metal
Uptake by Agro
based Waste
Materials-Global
Journal of
Science Frontier
Research
Environment &
Earth Science
Nama
Peneliti
(Tahun)
Lou., et al.,
(2013)
Penelitian
Hasil Penelitian
- OCS yang DNOA (di- Batang jagung
n-octylamine, -organic
- Suhu
corn stalk) memiliki
pengeringan 273
adsorpsi yang tinggi
K
dari pada DMA-OCS
- Ukurannya 100(dimethylamine150 um
organic corn stalk),
- Temperature 290,
DEA-OCS
303, 308, 313 K
(diethylamine-organic
- Waktu
corn stalk), dan DIOApengaduknya 4
OCS (di-2ethylhexylaminejam
organic corn stalk)
- Kecepatan
Suhu optimum 303 K
pengadukan 180
rpm
- NH4 ReO 4 dan
(NH4 )6 Mo7 O24 .4
H2 O ,
Berdasarkan uraian di atas, maka batang jagung memiliki
Topik Kajian
Contribution of
tertiary amino
groups to Re(VII)
biosorption on
modified corn
stalk:
Competitiveness
and regularityELSEVIER
potensi sebagai
bahan baku dalam pembuatan adsorben.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang akan diteliti yaitu bagaimana pengaruh bentuk
adsorben, pengaruh waktu, konsentrasi ion Cd+2 dan ion Cu+2 serta pengaruh
konsentrasi larutan biner terhadap kapasitas adsorpsi tanpa pengadukan ion Cd+2
dan Cu+2 dengan menggunakan batang jagung sebagai bio-adsorben.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari pengaruh bentuk adsorben dari batang jagung terhadap
kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd) dan ion logam tembaga
(Cu) .
2. Menentukan pengaruh waktu terhadap kapasitas adsorpsi dalam larutan
biner.
3. Menentukan pengaruh perbandingan konsentrasi logam Cd +2 /Cu+2 dalam
larutan biner terhadap kapasitas adsorpsi.
4. Menentukan pemodelan Kinetika Adsorpsi dan Kinetika difusi.
4
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi bahwa limbah batang jagung dapat dijadikan bahan
baku dalam pembuatan adsorben yang selama ini diabaikan di lingkungan
masyarakat.
2. Memberikan informasi mengenai kemampuan dan kinetika adsorpsi dari
adsorben yang dibuat dari batang jagung.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Teknik, Fakultas
Teknik,
Departemen
Teknik
Kimia,
Universitas
Sumatera
Utara
dan
Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara.
Variabel – variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Variabel tetap yang digunakan adalah :
Bentuk dari batang jagung :
a) Bulat (diameter 1,6-2 cm)
Ketebalan bentuk 0,5 cm
b) Setengah(1/2) bulat
c) Seperempat (1/4) bulat
d) Bubuk
: 50 mesh [11]
: 70 mesh [12]
Konsentrasi Cd+2 dan Cu+2
: 50 ppm
Suhu adsorpsi
: suhu kamar (±27 o C)
Volume larutan solvent
: 100 mL [3]
pH larutan
: 4,5 [3]
massa adsorben
: 1 g [3]
2) Variabel bebas
1. Waktu adsorpsi
5 jam, untuk menghitung kinetika
adsorpsi
dengan
pengambilan
sampel 2 ml setiap 10 menit [13]
2. Perbandingan konsentrasi larutan
biner (Cd+2 : Cu+2 ) dalam ppm:
(20:40); (30:30); (40:20)
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang jagung
sebagai adsorben, kadmium asetat (Cd(CH3 COO)2 .2H2O) sebagai sumber
5
kadmium (Cd+2 ), tembaga (II) sulfat (CuSO 4 .5H2 O) sebagai sumber tembaga
(Cu+2 ), asam klorida (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) sebagai pengatur pH,
air (H 2 O) sebagai pelarut. Sedangkan alat analisis utama yang digunakan dalam
penelitian ini adalah Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Hasil analisis yang
akan diperoleh akan menggambarkan pengaruh k apasitas adsorpsi terhadap bentu,
waktu dan kecepatan; menentukan pemodelan kinetik dan difusi.
6
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pencemaran akibat kandungan logam berat dalam air limbah industri
menimbulkan masalah lingkungan yang serius karena bersifat beracun dan tidak
dapat terurai [1]. Limbah yang paling banyak mengandung logam berat pada
umumnya berasal dari limbah industri. Industri seperti pertambangan, pelapisan,
pewarnaan, pengolahan logam elektrokimia, dan penyimpanan baterai merupakan
industri – industri yang menghasilkan limbah logam berat dari aktivitasnya [2].
Selain itu, pencemaran ion logam merupakan permasalahan terbesar di dunia
karena ion logam berat dapat bergabung dengan rantai makanan sehingga dapat
menyebabkan berbagai penyakit dan mutasi gen [3]. Oleh karena itu, logam berat
berbahaya ini dapat mengganggu kehidupan organisme di lingkungan jika
keberadaannya melampaui ambang batas [4]. Hasil survei menunjukkan bahwa
beberapa jenis bahan alam telah digunakan sebagai bahan adsorpsi dalam
beberapa tahun terakhir ini memiliki banyak aplikasi industri dan lingkungan [5].
Berbagai cara yang tersedia untuk memurnikan air menggunakan bahan alam
telah menarik perhatian karena efektivitas dan sifat ramah lingkungan. Limbah
pertaniaan berpotensi untuk memproduksi bio adsorben, yang dapat digunakan
untuk meningkatkan kualitas air [6].
Adsorpsi adalah cara yang umum dipakai karena memiliki konsep yang lebih
sederhana dan ekonomis. Dewasa ini telah dikembangkan metode adsorpsi dengan
menggunakan biomassa tumbuhan yang dikenal dengan fitofiltrasi. Dasar
pemikiran dari fitofiltrasi adalah dengan mengunakan biomassa tumbuhan yang
telah mati sebagai pengikat ion logam [7].
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang penting, selain
gandum dan padi [8]. Permintaan jagung di Indonesia maupun di dunia
internasional berlangsung sangat dinamis. Di Indonesia permintaan jagung
disebabkan oleh peningkatan jumlah penduduk dan meningkatnya jumlah industri
yang membutuhkan bahan baku jagung. Kenaikan produktivitas ini sebagian besar
didominasi oleh jagung hibrida yang menilai sifat-sifat unggul dibandingkan
1
dengan jagung lokal [9]. Dalam kurun waktu dekat ini, produktivitas jagung di
Indonesia rata-rata 19,4 juta ton/tahun dan mengalami peningkatan mulai dari
18,51 juta ton/tahun pada tahun 2013 menjadi 19,61 juta ton/tahun pada tahun
2015 [10].
Berikut perkembangan data jumlah panen jagung di Indonesia pada tiga tahun
(2013-2015) yang disajikan pada tabel 1.1
Tabel 1.1 Jumlah Panen Jagung Indonesia Tahun 2013-2015
Indonesia
2013
2014
2015
18.511.853
19.008.426
19.612.435
50.717,41
52.077,88
53.732,69
Jumlah Panen
Jagung
(ton/tahun)
Produksi Jagung
(ton/hari)
Sumber Data: Statistik Pertanian, Departemen Pertanian RI 2016
Petani jagung hanya mengambil buah dari jagung tersebut, tetapi kulit jagung,
daun jagung dan batang jagung hanya dibakar tanpa pemanfaatan [11]. Namun,
baru-baru ini telah dipelajari pemanfaatan batang jagung sebagai adsorben [3].
Berikut penelitian yang telah dilakukan tentang bioadsorpsi dan pembuatan
adsorben dari batang jagung yang dapat dilihat pada tabel 1.2.
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan
Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapa n
Ion Logam
Nama
Peneliti
(Tahun)
Fathi., et al.,
(2015)
Penelitian
-
-
-
Batang jagung
Kecepatan
pengadukan 200
rpm
C35 H25N7 Na2 O10
S2
Massa adsorben
0,2 gram
Volume Larutan
direct red 23 =
25 ml
Suhu 318,15 K
Hasil Penelitian
-
pH optimum 2-3
Temperatur optimum
318,15 K
Ukuran partikel yang
optimum = 0-177 dan
210-297 nm
Konsentrasi optimum
40 mg/L
-
2
Topik Kajian
Removal of
Direct Red 23
from aqueous
solution using
corn stalks:
Isotherms,
kinetics and
thermodynamic
studiesELSEVIER
Nama
Peneliti
(Tahun)
Chen., et
al.,(2014)
Penelitian
-
Batang jagung
Menyerap
Cr(VI)
pH 1,5-5,5
100-400 mg/L
larutan Cr
Rentang variasi
suhu 298-323 K
150 rpm
Disaring pada
0,45μm
Waktu kontak 60
menit
Hasil Penelitian
-
-
-
Vafakhah.,et
al.,(2014)
Amegrissi.,
et al., (2013)
-
-
-
Batang jagung
Tongkol jagung
Menyerap Cu
70 mesh
pH 1,5-4,5
220 ppm, 1g
adsorben
-
Batang jagung
Meyerap logam
Cr
Variasi pH 2-7,5
Variasi waktu
pengontakan
1 g adsorben dan
50 mesh dalam
100 ml larutan
Cr dalam 200
rpm
Menguji
isothermal
adsorpsi bahan
-
-
-
-
-
3
Topik Kajian
Batang jagung
dimodifikasi untuk
mampu menyerap
ion logam Cr dari
larutan
mengikuti persamaan
isothermal Langmuir
adsorben yang
dimodifikasi lebih
baik dari yang biasa
pH optimum 4
waktu kestimbangan
15 menit
kapasitas adsorpsi
sebesar 200,00 mg/g
pada 303 K
Removal of
Cr(VI) from
aqueous solution
using modified
corn stalks:
Characteristic,
equilibrium,
kinetic and
thermodynamic
study- ELSEVIER
Waktu optimum 20
menit pertama
pH optimum 4,5
adsorben diaktifkan
dengan senyawa
asam
kapasitas adsorpsi
sebesar 0,325
mmol/g setelah
dimodifikasi
Removal of
copper ions from
electroplating
effluent solutions
with native corn
cob and corn
stalk and
chemically
modified corn
stalk-ELSEVIER
batang jagung sangat
bagus dalam
menyerap logam Cr
adsorben tanpa
modifikasi
waktu optimal pada
15 menit dan konstan
pada 90 menit
pH optimum pada 22,5
didapatkan Langmuir
adsorpsi 0,02
kapasitas adsorpsi
sebesar 0,375 mg/g
Heavy Metal
Uptake by Agro
based Waste
Materials-Global
Journal of
Science Frontier
Research
Environment &
Earth Science
Nama
Peneliti
(Tahun)
Lou., et al.,
(2013)
Penelitian
Hasil Penelitian
- OCS yang DNOA (di- Batang jagung
n-octylamine, -organic
- Suhu
corn stalk) memiliki
pengeringan 273
adsorpsi yang tinggi
K
dari pada DMA-OCS
- Ukurannya 100(dimethylamine150 um
organic corn stalk),
- Temperature 290,
DEA-OCS
303, 308, 313 K
(diethylamine-organic
- Waktu
corn stalk), dan DIOApengaduknya 4
OCS (di-2ethylhexylaminejam
organic corn stalk)
- Kecepatan
Suhu optimum 303 K
pengadukan 180
rpm
- NH4 ReO 4 dan
(NH4 )6 Mo7 O24 .4
H2 O ,
Berdasarkan uraian di atas, maka batang jagung memiliki
Topik Kajian
Contribution of
tertiary amino
groups to Re(VII)
biosorption on
modified corn
stalk:
Competitiveness
and regularityELSEVIER
potensi sebagai
bahan baku dalam pembuatan adsorben.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang akan diteliti yaitu bagaimana pengaruh bentuk
adsorben, pengaruh waktu, konsentrasi ion Cd+2 dan ion Cu+2 serta pengaruh
konsentrasi larutan biner terhadap kapasitas adsorpsi tanpa pengadukan ion Cd+2
dan Cu+2 dengan menggunakan batang jagung sebagai bio-adsorben.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari pengaruh bentuk adsorben dari batang jagung terhadap
kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd) dan ion logam tembaga
(Cu) .
2. Menentukan pengaruh waktu terhadap kapasitas adsorpsi dalam larutan
biner.
3. Menentukan pengaruh perbandingan konsentrasi logam Cd +2 /Cu+2 dalam
larutan biner terhadap kapasitas adsorpsi.
4. Menentukan pemodelan Kinetika Adsorpsi dan Kinetika difusi.
4
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi bahwa limbah batang jagung dapat dijadikan bahan
baku dalam pembuatan adsorben yang selama ini diabaikan di lingkungan
masyarakat.
2. Memberikan informasi mengenai kemampuan dan kinetika adsorpsi dari
adsorben yang dibuat dari batang jagung.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Teknik, Fakultas
Teknik,
Departemen
Teknik
Kimia,
Universitas
Sumatera
Utara
dan
Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara.
Variabel – variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Variabel tetap yang digunakan adalah :
Bentuk dari batang jagung :
a) Bulat (diameter 1,6-2 cm)
Ketebalan bentuk 0,5 cm
b) Setengah(1/2) bulat
c) Seperempat (1/4) bulat
d) Bubuk
: 50 mesh [11]
: 70 mesh [12]
Konsentrasi Cd+2 dan Cu+2
: 50 ppm
Suhu adsorpsi
: suhu kamar (±27 o C)
Volume larutan solvent
: 100 mL [3]
pH larutan
: 4,5 [3]
massa adsorben
: 1 g [3]
2) Variabel bebas
1. Waktu adsorpsi
5 jam, untuk menghitung kinetika
adsorpsi
dengan
pengambilan
sampel 2 ml setiap 10 menit [13]
2. Perbandingan konsentrasi larutan
biner (Cd+2 : Cu+2 ) dalam ppm:
(20:40); (30:30); (40:20)
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang jagung
sebagai adsorben, kadmium asetat (Cd(CH3 COO)2 .2H2O) sebagai sumber
5
kadmium (Cd+2 ), tembaga (II) sulfat (CuSO 4 .5H2 O) sebagai sumber tembaga
(Cu+2 ), asam klorida (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) sebagai pengatur pH,
air (H 2 O) sebagai pelarut. Sedangkan alat analisis utama yang digunakan dalam
penelitian ini adalah Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Hasil analisis yang
akan diperoleh akan menggambarkan pengaruh k apasitas adsorpsi terhadap bentu,
waktu dan kecepatan; menentukan pemodelan kinetik dan difusi.
6