PENGGUNAAN KITOSAN TERIMPREGNASI SEBAGAI ADSORBEN LOGAM Cu DAN Cd
LAPORAN PRAKTEK KERJA LAPANGAN (PKL)
DESI IFTALIA
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2015 M/1436 H
i
IDENTITAS MAHASISWA
Nama Lengkap
: Desi Iftalia
NIM
: 1112096000048
Jenis Kelamin
: Perempuan
Tempat, Tanggal Lahir
: Garut, 27 April 1994
Alamat
: Jl. Melati, RT/RW 012/009 No.57 Kecamatan Ciracas, Kelurahan Kelapa II Wetan Jakarta Timur 13730
Email
:
[email protected]
No. Telpon/Hp
: +6289-630-204-497
Program Studi
: Kimia
Fakultas
: Sains dan Teknologi
Universitas
: UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
ii
IDENTITAS UNIVERSITAS
Nama Universitas
: UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
Alamat
: Jl.Ir.H. Juanda No.95 Ciputat 15415
No. Telpon/Fax
: (62-21) 7401925/(62-21)7402982
Website
: www.uinjkt.ac.id
Rektor Universitas
: Prof. Dr. Dede Rosyada, MA
Dekan FST
: Dr. Agus Salim, M.Si
Ketua Program Studi
: Drs. Dede Sukandar, M.Si
Pembimbing PKL
: Siti Nurbayti, M.Si
iii
IDENTITAS LEMBAGA PENELITIAN
Nama Instansi
: Balai Teknologi Lingkungan-Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BTL-BPPT)
Alamat
: Gedung 820 (GEOSTECH) Kawasan PUSPIPTEK Serpong 15314
No. Telepon/Fax
: 021 75791377
Pimpinan
: Dr. Ari Herlambang, M.Si
Pembimbing PKL
: R. Nida Sopiah, M.Si
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahhirabbil’alamin, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan hidayah kepada umat-Nya, khususnya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan PKL ini yang insyallah dengan baik. Laporan praktikum Kerja Lapangan (PKL) ini berjudul “Penggunaan Kitosan Terimpregnasi sebagai Adsorben Logam Cu dan Cd”. PKL dilaksanakan di Balai Teknologi Lingkungan BPPT kawasan PUSPIPTEK Serpong pada tanggal 19 Januari 2015 hingga 8 Februari 2015. Laporan ini disusun untuk memenuhi matakuliah Praktik Kerja Lapangan (PKL) sebagai salah satu syarat kelulusan dalam menempuh pendidikan Strata 1 (S1). Penulisan laporan ini tak luput dari bantuan berbagai pihak. Atas kerjasama dan bantuan dari pihak-pihak terkait, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. R. Nida Sopiah, M.Si selaku pembimbing I yang telah membimbing penulis selama masa PKL di BTL-BPPT. 2. Dr. Ari Herlambang, M.Si selaku Kepala Balai Teknologi LingkunganBPPT yang memberikan izin kepada penulis untuk melakukan PKL 3. Siti Nurbayti, M.Si selaku pembimbing II yang telah memberikan perhatian dan bimbingannya kepada penulis. 4. Drs. Dede Sukandar, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia yang telah mengizinkan penulis untuk melakukan PKL.
v
5. Dr. Agus Salim, M.Si, Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta yang telah memberikan izin penulis untuk melaksanakan PKL. 6. Papah dan Mamah tercinta, Syifa , Ridwan, yang selalu memberikan doa dan dukungan kepada penulis. 7. Para pegawai di laboratorium BTL-BPPT yang telah memberikan bimbingan selama penulis melaksanakan PKL. 8. Teman-teman satu laboratorium PKL: Anestasya Amalia Safitri, Annisa Winarni yang telah menemani dalam suka maupun duka. 9. Teman-teman program studi kimia angkatan 2012 Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang selalu mendukung dan memotivasi penulis. Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan laporan ini, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari para pembaca. Penulis mengharapkan agar laporan ini bermanfaat bagi penulis, pembaca pada umumnya.
Jakarta, Maret 2015
Penulis
vi
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. i IDENTITAS MAHASISWA ............................................................................ ii IDENTITAS UNIVERSITAS .......................................................................... iii IDENTITAS LEMBAGA PENELITIAN ....................................................... iv KATA PENGANTAR ....................................................................................... v DAFTAR ISI...................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................. x DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ..................................................................................... 4 1.3 Tujuan Penelitiaan ....................................................................................... 4 BAB II PROFIL BALAI TEKNOLOGI LINGKUNGAN 2.1 Sejarah .......................................................................................................... 5 2.2 Visi dan Misi ................................................................................................ 6 2.3 Ruang Lingkup Usaha................................................................................... 6 2.4 Struktur Organisasi ....................................................................................... 7 2.5 Fasilitas Gedung dan Laboratorium .............................................................. 8 2.6 Peningkatan Kinerja Organisasi ................................................................... 9 BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Adsorpsi ....................................................................................................... 10
vii
3.1.1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi ................................. 13 3.1.2 Metode Sorpsi ........................................................................................... 14 3.2 Kitin dan Kitosan ........................................................................................ 15 3.2.1 Sumber Kitosan .......................................................................................... 18 3.2.2 Bentuk-bentuk Kitosan ............................................................................. 19 3.2.3 Sifat-sifat dan Penggunaan Kitosan .......................................................... 20 3.2.4 Pembuatan Kitin Menjadi Kitosan ............................................................ 22 3.2.5 Derajat Deasetilasi .................................................................................... 25 3.3 Kitosan Sulfat dan Kitosan Nitrit .................................................................. 26 3.4 Logam Berat.................................................................................................. 27 3.4.1 Logam Tembaga (Cu) ............................................................................... 29 3.4.2 Logam Kadmium (Cd) .............................................................................. 31 3.5 Spektroskopi Serapan Atom (SSA) ............................................................. 32 3.5.1 Prinsip SSA ............................................................................................... 33 BAB IV METODE PENELITIAN 4.1 Waktu dan Tempat PKL .............................................................................. 41 4.2 Alat dan Bahan ............................................................................................. 41 4.3 Prosedur Percobaan ...................................................................................... 42 4.3.1 Tahap Deasetilasi Kitin Menjadi Kitosan ................................................ 42 4.3.2 Aktivasi Kitosan dengan Metode Impregnasi .......................................... 43 4.3.3 Pembuatan Larutan Logam Cd dan Cu ..................................................... 43 4.3.4 Pembuatan Deret Standar Logam Cu dan Cd ........................................... 44 4.3.5 Proses Adsorpsi Logam dengan Kitosan Murni
viii
dan Kitosan Terimpregnasi ......................................................................... 45 4.4 Teknik Analisa Data .................................................................................... 45 BAB V HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN 5.1 Preparasi ....................................................................................................... 47 5.2 Impregnasi Kitosan ...................................................................................... 50 5.3 Adsorpsi Logam Berat (Cu dan Cd) ............................................................ 55 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan .................................................................................................. 60 6.2 Saran ............................................................................................................ 60 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 61 LAMPIRAN
ix
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.Sumber Kitin dan Kitoan ...................................................................... 18 Tabel 2. Bentuk Kitosan ..................................................................................... 19 Tabel 3. Sifat-sifat dan Penggunaan Kitosan ..................................................... 20 Tabel 4. Pemanfaatn Kitosan Pada Beberapa Industri ....................................... 22 Tabel 5. Hasil Pengamatan Proses Deasetilasi ................................................... 48 Tabel 6. Bobot Kitosan Setelah Terimpregnasi ................................................. 54 Tabel 7. Hasil Pengamatan Penyerapan Logam Cu ........................................... 57 Tabel 8. Hasil Pengamatan Penyerapan Logam Cd ........................................... 49
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Struktur Organisasi ......................................................................... 8 Gambar 2.Struktur Kitin ................................................................................... 18 Gambar 3. Struktur Kitosan .............................................................................. 18 Gambar 4. Rumus Derajat Deasetiasi................................................................ 26 Gambar 5 Skema Prinsip SSA........................................................................... 34 Gambar 6. Skema Alat SSA ............................................................................. 35 Gambar 7.Kitosan ............................................................................................. 48 Gambar 8.Mekanisme Reaksi Deaasetilasi ....................................................... 49 Gambar 9. Proses Impregnasi Kitosan ............................................................. 51 Gambar 10.Kitosan Terimpregnasi .................................................................. 53 Gambar 11. Kurva Standar Logam Cu .............................................................. 56 Gambar 12. Kurva Standar Logam Cd ............................................................. 56
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Perhitungan Rendemen ................................................................ 64 Lampiran 2. Efisiensi Penyerapan Logam Cu .................................................. 64 Lampiran 3. Efisiensi Penyerapan Logam Cd .................................................. 65
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Perkembangan industri yang demikian pesat dewasa ini selain memberikan
dampak positif juga memberikan dampak negatif. Dampak positif berupa perluasan lapangan pekerjaan dan pemenuhan kebutuhan hidup manusia, sedangkan dampak negatif yang muncul adalah penurunan kualitas perairan akibat buangan air limbah (pencemaran) yang melampaui ambang batas. Limbah yang dihasilkan industri sangat bervariasi tergantung dari jenis dan skala industri, pengawasan pada proses industri, derajat penggunaan air, dan derajat pengolahan air limbah yang ada. Selain limbah cair, limbah padat (sampah) juga merupakan beberapa pencemaran yang dapat masuk ke perairan baik secara langsung maupun tak langsung. Pada limbah industri seringkali terdapat bahan pencemar yang sangat membahayakan seperti logam berat (Pallar,1994). Logam berat merupakan sumber pencemar yang sangat membahayakan bagi lingkungan dan dapat menjadi bahan racun yang akan meracuni tubuh mahluk hidup jika melebihi ambang batas, tetapi beberapa jenis logam masih dibutuhkan oleh mahluk hidup, walaupun dalam jumlah yang sedikit. Daya toksisitas logam berat terhadap makhluk hidup sangat bergantung pada spesies, lokasi, umur (fase siklus hidup), daya tahan (detoksikasi) dan kemampuan individu untuk menghindarkan diri dari pengaruh polusi (Pallar, 1994). Berbagai
1
upaya dilakukan dalam penanggulangan masalah logam berat ini, seperti fotoreduksi, penukaran ion (resin), pengendapan, elektrolisis adsorpsi serta mengembangkan semua metode dalam kerangka yang ramah lingkungan. Ada beberapa metode dalam pengolahan limbah cair yang mengandung logam berat seperti metode pengendapan, elektrolisis dan solidifikasi. Metode-metode tersebut memiliki beberapa kelemahan, misalnya dalam elektrolisis membutuhkan energi yang besar. Salah satu metode pengolahan limbah yang mudah dan ramah lingkungan adalah metode adsorpsi dengan adsorben alami seperti kitosan. Sifat kitin yang tidak beracun dan mudah terdegradasi mendorong dilakukannya modifikasi kitin dengan tujuan mengoptimalkan kegunaan maupun memperluas bidang aplikasi kitin. Salah satu senyawa turunan dari kitin yang banyak dikembangkan karena aplikasinya yang luas adalah kitosan. Kitosan merupakan suatu amina polisakarida hasil proses deasetilasi kitin. Senyawa ini merupakan biopolimer alam yang penting dan bersifat polikationik sehingga dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang seperti adsorben logam, penyerapan zat warna tekstil, penstabil makanan serta bahan pembuatan kosmetik. Sifat biokompatibel,
biodegradable
dan
nontoksik
yang
dimiliki
kitosan,
merekomendasikan penggunaan senyawa ini dalam industri ramah lingkungan. Kitin dapat dihasilkan dari limbah industri perikanan (Bhuvana, 2006). Kitosan dapat digunakan sebagai adsorben/penjerap yang dapat menyerap logam-logam berat, seperti Zn, Cd, Cu, Pb, dan Hg. Situs aktif kitosan baik dalam NH2 ataupun dalam keadaan terprotonasi -NH3+ mampu mengadsorpsi logamlogam berat melalui mekanisme pembentukan khelat atau penukar ion (Darjito,
2
2001). Penjerapan logam berat oleh kitosan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti aktivitas kitosan, konsentrasi penjerap, suhu, pH, lama penyerapan, lama pengadukan, ukuran partikel dan jenis adsorbat serta konsentrasi logam dalam larutan. Kapasitas adsorpsi kitosan dapat lebih ditingkatkan dengan membuat modifikasi pada kitosan. Chiuo et al (2003) membuat lembaran kitosan yang di crosslink dengan epichlorohydrin. Mahatmanti (2001), Darjito (2001) dan Cahyaningrum (2001) mengubah kitosan menjadi kitosan sulfat memakai ammonium sulfat 0,1 M. Kitosan sulfat dibuat dengan menempelkan ion sulfat pada gugus aktif pada kitosan (gugus amina). Ion sulfat dipilih karena ion sulfat kaya elektron sehingga kitosan yang bersifat polikationik dapat berbentuk anionik dengan terbentuknya ikatan elektrostatik -NH3+ -SO42-, sehingga dapat dipakai untuk adsorpsi zat kationik dan anionik, seperti ion logam dan zat warna pada limbah cair. Dari penelitian yang dilakukan oleh Mahatmanti (2001), Sofiyani (2001) dan Cahyaningrum (2001) dapat disimpulkan bahwa kitosan sulfat yang berasal dari sumber kitin yang berbeda-beda mempunyai kapasitas adsorpsi terhadap ion logam Zn (II), Cr (VI) dan Cd (II) yang lebih besar daripada kitosan, secara berurutan adalah sebagai berikut : 39,23 mg/g > 28,24 mg/g; 37,16 mg/g > 31,02 mg/g dan 17,09 x 10-5 mol/g > 11,35 x 10-5 mol/g.
1.2
Perumusan Masalah Berdasarkan
uraian
latar
belakang
permaslahan sebagai berikut:
3
masalah,
dapat
dirumuskan
1.
Apakah kitosan termodifikasi/ terimpregnasi dapat digunakan untuk adsorpsi logam Cu dan Cd ?
2.
Bagaimana efisiensi penjerapan logam Cu dan Cd dengan kitosan murni dan kitosan termodifikasi/terimpregnasi?
1.3
Tujuan Penelitian Penelitian ini memiliki tujuan untuk membandingkan antara kitosan murni
dengan kitosan yang terimpregnasi / termodifikasi yang memiliki daya serap terbesar pada proses penjerapan logam berat tembaga (Cu) dan kadmium (Cd).
4
BAB II PROFIL BALAI TEKNOLOGI LINGKUNGAN
2.1
Sejarah Balai Teknologi Lingkungan merupakan salah satu organisasi yang
mandiri di bawah naungan organisasi induk yakni Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT). Organisasi mandiri ini terbentuk secara bertahap dengan proses restrukturisasi BPPT yakni sebagai berikut : 1. Pada tahun 1990-1999 bernama Laboratorium Teknik Lingkungan (LTL). Laboratorium ini berfungsi sebagai laboratorium pendukung kegiatan Biotechnology Indonesia German (BTIG) di Direktorat Teknologi dan Pemukiman Lingkungan Hidup (Dit. TPLH) yang secara administrasi berada di wilayah pembinaan Kedeputian Bidang Pengembangan Teknologi. 2. Pada tahun 1999-2001, Direktorat Teknologi dan Pemukiman Lingkungan Hidup berganti nama menjadi Direktorat Teknologi Lingkungan (DTL), dan secara otomatis Laboratorium Teknik Lingkungan (LTL) berada dibawah direktorat ini. 3. Pada tahun 2001-2004 , semua direktorat di lingkungan BPPT berganti nama menjadi PUSAT, sehingga Direktorat Teknologi Lingkungan (DTL) pun berganti nama menjadi Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan
(P3TL).
Pada
Maret
2001,
MenPAN
menyetujui
pembentukan Balai di lingkungan BPPT, sehingga Laboratorium Teknik
5
Lingkungan
(LTL)
berubah
statusnya
menjadi
Balai
Teknologi
Lingkungan (BTL) berdasarkan Surat Keputusan Kepala BPPT No. 030/KP/KA/IV/2002. Balai Teknologi Lingkungan merupakan suatu kesatuan yang secara legal dapat dipertanggungjawabkan. Hal ini terdapat bukti tertulis tentang landasan hukum
pendirian
lembaga
yakni
Surat
Keputusan
Kepala
BPPT
No.030/KP/KA/IV/2002 tertanggal 03 April 2001.
2.2
Visi dan Misi Balai Teknologi Lingkungan (BTL) mempunyai visi ”menjadi pusat
pelayanan unggulan nasional di bidang teknologi perlindungan lingkungan”. Adapun misinya adalah “memberikan penyelesaian nyata kepada masyarakat (LSM dan swasta), pemerintah dan industri (khususnya IKM dan UKM) dalam upaya perlindungan lingkungan melalui pengujian, konsultasi teknis, pelatihan, pengkajian dan penerapan teknologi”.
2.3
Ruang Lingkup Usaha Sebagai suatu organisasi yang mandiri di bawah naungan BPPT, Balai
Teknologi Lingkungan memiliki tugas pokok BPPT sesuai dengan kompetensi lembaga ini, yaitu melakukan penelitian, pengembangan dan penerapan teknologi di bidang remediasi, konservasi lingkungan dan analisis kualitas lingkungan. Serta melayani pelayanan jasa di bidang lingkungan baik pengujian, konsultasi teknis dan pelatihan.
6
2.4
Struktur Organisasi Balai Teknologi Lingkungan adalah organisasi di bawah Kedeputian
Teknologi Pengelolaan Sumber Daya Alam BPPT. Bagan organisasi telah ditetapkan oleh Kepala BPPT No.030/KP/KA/IV/2002. Adapun struktur Organisasinya sebagai berikut : 1.
Kepala Balai Teknologi Lingkungan
2.
Sub Bagian TU
3.
Keuangan/PPK
4.
URDAL
5.
SDM
6.
Seksi Pengembangan Teknologi Perlindungan Lingkungan
7.
Seksi Pelayanan Jasa Teknologi dan Kerjasama
8.
Bussiness Development
9.
Laboratorium
10.
Bendahara Pengeluaran
11.
SABMN
12.
Kepegawaian
Namun pada perkembangannya, jabatan fungsional disesuaikan dengan kegiatan inti organisasi yang dijabarkan dalam divisi-divisi. Adapun divisi yang telah ada adalah sebagai berikut : 1.
Divisi Analisis Lingkungan
2.
Divisi Konservasi Lingkungan
3.
Divisi Remediasi teknologi Proses
7
Adapun struktur organisasi dari BPPT-BTL adalah sebagai berikut ;
Gambar 1. Struktur Organisasi
2.5
Fasilitas Gedung dan Laboratorium Balai Teknologi Lingkungan menempati sebuah area di kawasan Puspitek
Serpong, Tangerang Selatan. Area yang ditempai BTL + 2.500 m2 yang berbatasan langsung dengan beberapa satuan kerja, seperti
dengan Balai
Inkubator Teknologi BPPT dan Pusat Sistem Mutu dan Teknologi Pengukuran LIPI. Adapun luas gedung yang ditempati oleh Balai Teknologi Lingkungan + 750 m2 yang terdiri dari dua lantai. Lantai dasar diperuntukkan untuk laboratorium dan ruangan staff, sedangkan lantai dua digunakan untuk kegiatan yang bersifat administrasi perkantoran, ruang rapat, ruang kepala balai dan staff.
8
Untuk laboratorium dibagi menjadi beberapa bagian yakni sebagai berikut: 1. Lab. Analitik (terakreditasi ISO 17025) 2. Lab. Biomonitoring dan Ekotoksikologi 3. Lab. Fitoteknologi 4. Lab. Mikrobiologi 5. Lab. Teknologi Proses
2.6
Peningkatan Kinerja Organisasi Dalam rangka meningkatkan kompetensi dan kinerja litbang, maka
disusun sasaran kegiatan yang ditetapkan pada awal tahun anggaran. Dalam mendukung pencapaian sasaran kegiatan tersebut maka pengelolalaan seluruh sumber daya yang dimiliki menempati prioritas. Penetapan sasaran ini meliputi : a. Peningkatan kualitas atau kompetensi personil b. Peningkatan ”capacity building” organisasi c. Penguasaan suatu teknologi atau metode
9
BAB III TINJAUAN PUSTAKA
3.1.
Adsorpsi Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu
terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam (Atkins,1999). Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Menurut Giles dalam Ospiow (1962), yang bertanggung jawab terhadap adsorpsi adalah gaya tarik van der Waals, pembentukan ikatan hidrogen, pertukaran ion dan pembentukan ikatan kovalen. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas atau gas-cair. Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut adsorbat, sedangkan permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat disebut adsorben. Pada adsorpsi, interaksi antar adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben. Adsorpsi adalah gejala pada permukaan, sehingga makin besar luas permukaan maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Walaupun demikian, adsorpsi masih bergantung pada sifat zat pengadsorpsi (Fatmawati, 2006). Berdasarkan besarnya interaksi antara adsorben dan adsorbat, adsorpsi dibedakan menjadi dua macam yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.
10
a.
Adsorpsi Fisika Dalam adsorpsi fisika, molekul-molekul teradsorpsi pada permukaan
adsorben dengan ikatan yang lemah. Adsorpsi fisika terjadi bila gaya intermolekular lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini disebut dengan gaya van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben. Adsorpsi ini berlangsung secara cepat, dapat membentuk lapisan jamak (multilayer) dan dapat bereaksi balik (reversible), sehingga molekul-molekul yang teradsorpsi mudah dilepaskan kembali dengan cara menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut. Panas adsorpsi yang menyertai adsorpsi fisika yaitu berkisar 10kJ/mol (kira-kira mempunyai orde yang sama dengan kalor yang dilepaskan pada proses kondensasi adsorbat) dan lebih panas dari adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika umumnya terjadi pada temperatur yang rendah dan jumlah yang teradsorpsi akan semakin kecil dengan naiknya suhu. Banyaknya zat yang teradsorpsi dapat beberapa lapisan monomolekuler, demikian juga kondisi kesetimbangan tercapai segera setelah adsorben bersentuhan dengan adsorbat. Hal in dikarenakan dalam fisika tidak melibatkan energi aktivasi.
b.
Adsorpsi Kimia Pada adsorpsi kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan
adsorben bereaksi secara kimia, karena adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion, sehingga
11
terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan (Reza, 2002). Oleh karena itu, panas adsorpsinya mempunyai kisaran yang sama seperti reaksi kimia, yaitu berkisar 100kJ/mol (mempunyai orde besaran yang sama dengan energi ikatan kimia). Ikatan antara adsorben dengan adsorbat dapat cukup kuat sehingga spesies tidak dapat ditemukan kembali. Adsorpsi ini bersifat irreversible, hanya dapat membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan diperlukan energi yang banyak untuk melepaskan kembali adsorbat (dalam proses adsorpsi). Pada umumnya, dalam adsorpsi kimia, jumlah (kapasitas) adsorpsi bertambah besar dengan naiknya temperatur. Zat teradsorpsi membentuk satu lapisan monomolekuler dan relatif lambat tercapai kesetimbangan karena adsorpsi kimia melibatkan energi aktivasi (Oscik, 1982). Menurut Syahmani dan Sholahudin (2007), energi adsorpsi fisika adalah 42 kJ/mol sedangkan adsorpsi kimia berada dalam kisaran 42-420 kJ/mol. Secara kualitatif perilaku adsorpsi dapat juga dipandang dari sifat polar ataupun nonpolar antara zat padat (adsorben) dengan kompenen larutan (adsorbat). Adsorben polar akan cenderung mengadsorpsi kuat zat terlarut polar dari pelarut nonpolar karena kelarutannya yang rendah dan mengadsorpsi yang lemah dari pelarut polar karena kelarutannya yang tinggi, demikian juga sebaliknya. Menurut Hughes dan Poole (1984) proses adsorpsi melalui pertukaran ion dan kompleksasi hanya berlangsung pada lapisan permukaan sel yang mempunyai situs-situs yang bermuatan berlawanan dengan muatan ion logam sehingga interaksinya merupakan interaksi pasif dan relatif cepat. Molekul adsorben secara kimiawi dianggap mempunyai situs-situs aktif atau gugus fungsional yang mampu
12
berinteraksi dengan logam permukaan sel seperti fosfat, karboksil, amina dan amida. Jika proses adsorpsi melalui pertukaran ion adsorpsi dipengaruhi oleh banyaknya proton dalam larutan yang berkompetisi dengan ion logam pada permukaan adsorben, sehingga pH yang rendah jumlah proton melimpah, peluang terjadinya pengikatan logam oleh adsorben relatif kecil, sebaliknya pada pH tinggi, jumlah proton relatif kecil menyebabkan peluang terjadinya pengikatan logam menjadi besar.
3.2.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi Menurut Gaol (2001), banyaknya adsorbat yang terserap pada permukaan
adsorben dpengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : 1.
Jenis Adsorbat, dapat ditinjau dari : a. Ukuran molekul adsorbat, rongga tempat terjadinya adsorpsi dapat dicapai
melalui ukuran yang sesuai, sehingga molekul-molekul yang bisa diadsorpsi adalah molekul-molekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari diameter pori adsorben. b. Polaritas molekul adsorbat, apabila diameter sama, molekul-molekul polar lebih kuat diadsorpsi dari pada molekul-molekul yang kurang polar, sehinga molekul-molekul yang lebih polar bisa menggantikan molekul-molekul yang kurang polar yang telah diserap.
13
2.
Sifat Adsorben, dapat ditinjau dari : a. Kemurnian adsorben, adsorben yang lebih murni memiliki daya serap yang lebih baik. b. Luas permukaan, semakin luaas permukaan adsorben maka jumlah adsorbat yang terserap akan semakin banyak pula. c. Temperatur, adsorpsi merupakan proses eksotermis sehingga jumlah adsorbat akan bertambah dengan berkurangnya temperatur adsorbat. Adsorpsi fisika yang substansial biasa terjadi pada temperature dibawah titik didih adsorbat, terutama di bawah 50oC. Sebaliknya pada adsorpsi kimia, jumlah yang diadsorpsi
berkurang dengan naiknya temperatur
adsorbat. d. Tekanan, untuk adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat mengakibatkan kenaikan jumlah zat yang diadsorpsi.
3.1.2 Metode Sorpsi Metode sorpsi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu statis (batch) dan dinamis (kolom). 1.
Cara statis yaitu ke dalam wadah berisi sorben dimasukkan larutan yang berisi komponen yang diinginkan, selanjutnya diaduk dalam waktu tertentu, kemudian dipisahkan dengan cara penyaringan atau dekantasi. Komponen yang telah terikat pada sorben dillepaskan kembali dengan melarutkan sorben dalam pelarut tertentu dan volumenya lebih kecil dari volume larutan mula-mula.
14
2.
Cara dinamis (kolom) yaitu ke dalam kolom yang telah diisi dengan sorben dilewatkan larutan yang mengandung komponen tertentu, selanjutnya komponen yang telah terserap dilepaskan kembali dengan mengalirkan pelarut (eluen) sesuai yang volumenya lebih kecil. Karena selekvitasnya yang tinggi, proses adsorpsi sangat sesuai untuk
memisahkan bahan dengan konsentrasi yang kecil dari campuran yang mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi. Bentuk lain dari proses adsorpsi adalah pertukaran ion (ion exchange). Kecepatan adsorpsi tidak hanya bergantung pada perbedaan konsentrasi dan luas permukaan adsorben, melainkan juga pada suhu, pH larutan, tekanan (untuk gas), ukuran partikel, dan porositas adsorben tetapi juga bergantung pada ukuran molekul bahan yang akan diadsorpsi dan viskositas campuran yang akan dipisahkan (Hanjono,1995).
3.1.2 Kitin dan Kitosan Sejarah penemuan kitin dimulai pada tahun 1811 oleh Henry Broconnot sebagai hasil isolasi dari jamur, sedangkan kitin dari kulit serangga diisolasi pertama kali pada tahun 1820-an. Kitosan ditemukan oleh C. Roughet pada tahun 1859 dengan merefluks kitin dan alkali pada suhu 180oC. Disini proses deasetilasi kitin dapat berlaku tanpa pemutusan rantai polimernya (Brine, 1984). Perkembangan penggunaan bahan alami pada akhir tahun 1970-an, meningkatkan konsumsi kitosan, terlebih dengan beberapa penemuan baru untuk aplikasi kitosan di bidang farmasi dan kesehatan di akhir tahun 1990 hingga sekarang.
15
Kitin adalah komponen utama dalam dinding sel pada jamur, exoskeleton serangga, anthropodha, mollusca dan crustaceae. Kitin adalah polimer alami yang melimpah di alam, terbanyak kedua setelah selulosa. Prosentase kandungan kitin berbeda untuk tiap jenis hewan (Lee dan Tan, 2002). Kitin termasuk polisakarida yang sangat sukar dilarutkan pada pH netral seperti air sehingga pelarutan dilakukan dalam suasana asam atau basa. Hal ini disebabkan kitin secara alami berbentuk kristal yang mengandung rantai-rantai polimer berkerapatan tinggi yang terikat satu sama lain dengan ikatan hidrogen yang sangat kuat (Bartnicki- Garcia, 1989). Kitin bersifat mudah mengalami degradasi secara biologis, tidak beracun, tidak larut dalam air, asam organik encer dan asam-asam organik, tetapi larut dalam larutan dimetil asetamida dan litium klorida (Ornum, 1992). Kitin dapat diisolasi dari kulit udang yang mengandung protein (25% 40%), kitin (15% - 20%), dan kalsium karbonat (45% - 50%) (Marganof, 2003). Struktur kitin sangat mirip dengan selulosa yaitu ikatan yang terjadi antara monomernya terangkai dengan ikatan glikosida. Perbedaannya dengan selulosa adalah gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon yang kedua, pada kitin diganti oleh gugus asetamida (NHCOCH3) sehingga kitin menjadi sebuah polimer berunit N-asetilglukosamin kitosan mempunyai rantai tidak linier dan mempunyai rumus umum C6H11NO4 (n) atau disebut sebagai ( 1 – 4 ) – amino – 2 – deoksi – β – D – glukosa (Fernandez – Kim., 2004).
16
Gambar 2. Struktur kitin Sumber : Muzarelli,1985
Kitosan (2-amino-2-deoksi-D-glukosa) adalah produk yang didapatkan dari turunan polisakarida kitin dengan memindahkan sejumlah gugus asetil (CH3CO) menjadi molekul yang larut dalam asam, melalui proses deasetilasi dengan melepaskan gugus NH (amin) dan memberikan sifat kationik pada kitosan. Proses ini dilakukan dengan cara memanaskan kitin dalam natrium hidroksida kuat (> 40%) pada suhu tinggi (90 – 120oC). Kitosan berupa polisakarida linier yang disusun oleh ikatan b-1,4 D glukasamin (unit deasetilasi) dan N-asetil-D-glukosamin (unit asetil). Kitosan juga merupakan biopolimer alami yang memiliki gugus aktif yaitu amina dan hidroksil (Jae-Song et al, 1998), sehingga mampu dijadikan sebagai adsorben melalui pembentukan ikatan hidrogen dengan molekul amoniak.
17
Gambar 3. Struktur kitosan Sumber : Muzarelli,1985
Kitin murni mengandung gugus asetamida (NH-COCH3), dan kitosan murni mengandung gugus amino (NH2). Perbedaan gugus ini akan mempengaruhi sifat-sifat kimia senyawa tersebut (Roberts, 1992).
3.2.1 Sumber Kitosan Kitin ini merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui dan paling melimpah setelah selulosa. Pada tabel berikut dapat dilihat beberapa sumber kitin dan kitosan.
Tabel 1. Sumber-sumber kitin dan kitosan No
Sumber
Jumlah (%)
1.
Jamur
5-20
2.
Tulang cumi-cumi
3-20
3.
Kalajengking
30
4.
Laba-laba
38
5.
Kecoa
35
6.
Kumbang
37
18
7.
Ulat sutra
44
8.
Kepiting
69
9.
Udang
70
Sumber : Muzzarelli, 1985
Dari tabel di atas, terlihat bahwa sumber kitin dan kitosan yang terbanyak adalah terdapat pada jenis udang-udangan.
3.6.
Bentuk-Bentuk Kitosan Kitosan terdiri dari berbagai bentuk dan kegunaan seperti yang
ditunjukkan pada tabel di bawah ini :
Tabel 2. Bentuk kitosan No 1.
Bentuk Kitosan
Sifat Kitosan
Serbuk
1. Dapat diubah kasar menjadi halus 2. Mudah dilarutkan 3. Tingkat kemurnian yang tinggi
2.
Film
1. Transparan 2. Mudah
melekat
pada
diuraikan
secara
permukaan 3.
Fiber
1. Kuat, kenyal 2. Mudah biologi
4.
Gel
1. Kekuatan gel yang tinggi 2. Mudah polianion
19
dibentuk
dengan
5.
Manik
1. Mudah dibuat 2. Dapat menyerap logam 3. Dapat dilakukan ikatan silang 1. Dapat memadatkan enzim
6.
Larutan
1. Sifat kejernihan yang tinggi 2. Menghasilkan bentuk garam 3. Dapat menyerap logam
7.
Pasta
1. Mudah diformulasikan 2. Daya pelembab yang baik
Sumber : Hirano, et al., 1984
3.2.3 Sifat-sifat dan Penggunaan Kitosan Kitosan bersifat polielektrolit kation yang dapat mengikat logam berat, sehingga dapat berfungsi sebagai adsorben terhadap logam berat dalam air limbah. Prinsip dasar dalam mekanisme pengikatan antara kitosan dan logam berat yang terkandung dalam limbah cair adalah prinsip penukar ion. Gugus amina khususnya nitrogen dalam kitosan akan beraksi dan mengikat logam dari persenyawaan limbah cair. Kitosan sebagai polimer kationik yang dapat mengikat logam dimana gugus amino yang terdapat pada kitosan berikatan dengan logam dapat membentuk ikatan kovalen. Gaya yang bekerja yaitu gaya van der Waals, gaya elektrostatik, ikatan hidrogen dan ikatan kovalen. Standarisasi penyerapan limbah logam dengan kitosan sebesar ≥ 70 %. Kitosan yang tidak dapat larut dalam air akan menggumpalkan logam menjadi flok – flok yang akan bersatu dan dapat dipisahkan dari air limbah. (Marganof., 2003 dan Widodo et al, 2005 ).
20
Tabel 3. Spesifikasi Kitosan No
Spesifikasi
Kitosan dapat
Kitosan untuk
dimakan
industri
1.
Warna
Putih
Putih/abu-abu
2.
Granulitas
Serbuk/serpihan
Serbuk/serpihan
3.
Kelembaban
≤10%
≤ 10%
4.
Kadar abu
≤ 1%
≤2%
5.
Ketidak larutan
≤ 1%
≤2%
6.
Derajat deasetilasi ≥ 85 %,
≥ 85 %,
7.
Viskositas
30 – 3000 mpa.s
30 – 3000 mpa.s
8.
pH
7–9
7–9
Sumber : www.chitosan.com.cn
Kitosan banyak dipakai untuk berbagai aplikasi karena sifat kimia dan biologisnya yang luas. Kitosan dapat dipakai untuk industri kosmetik, bioteknologi, pertanian dan pengobatan. Penelitian kitosan sebagai adsorben telah banyak dilakukan dan kesemuanya menunjukkan karakteristik sifat: (1) kemampuannya yang cukup tinggi dalam mengikat ion logam, (2) kemungkinan pengambilan kembali yang relatif mudah terhadap ion logam yang terikat pada kitosan dengan menggunakan pelarut tertentu. Keunggulan adsorben kitosan adalah dapat digunakan untuk penanganan limbah secara berulang-ulang (Muzzarelli, 1997 dalam Darjito, 2001).
21
Tabel 4. Pemanfaatan Kitosan pada Beberapa Industri No 1.
Industri Industri
Manfaat
pengolahan Penyerap ion logam, koagulan,
limbah
protein, asam amino, dan bahan pencelup.
2.
Industri makanan
Pengawet, penstabil makanan, penstabil warna, bahan pengental, dan lain – lain.
3.
Industri pertanian
Pupuk, pelindung biji dan lain – lain.
4.
Industri kesehatan
Penyembuh luka dan tulang, pengontrol kolesterol darah, kontak lensa, penghambat plak gigi, dan lain – lain .
5.
Kosmetik
Pelembab (moisturizer), krem wajah, tangan dan badan, dan lain – lain.
Sumber : Bhuvana,2006
3.2.4 Pembuatan Kitin menjadi Kitosan Selain kitin, di dalam limbah cangkang udang, kepiting dan sebagainya terdapat protein, material anorganik terutama kalsium karbonat, pigmen dan sebagian kecil lemak. Secara umum pemurnian kitin secara kimiawi terdiri dari empat tahap yaitu : 1. Deproteinisasi Tahap awal dimulai dengan pemisahan protein dengan larutan basa, yang disebut dengan tahap deproteinasi. Deproteinasi bertujuan untuk memisahkan protein pada bahan dasar cangkang. Efektifitas prosesnya tergantung pada konsentrasi NaOH yang digunakan. 22
2. Demineralisasi Tahap kedua yaitu demineralisasi. Tahap demineralisasi bertujuan untuk memisahkan mineral organik yang terikat pada bahan dasar, yaitu CaCO3 sebagai mineral utama dan Ca(PO4)2 dalam jumlah minor. Dalam proses demineralisasi menggunakan larutan asam klorida encer. 3. Depigmentasi Penghilangan zat-zat warna dilakukan pada waktu pencucian residu setelah proses deproteinasi dan proses demineralisasi. Pada proses ini hasil dari proses demineralisasi direaksikan lebih lanjut dengan menggunakan reagensia pemutih berupa natrium hipoklorit (NaOCl) atau peroksida. Proses penghilangan zat warna bertujuan untuk menghasilkan warna putih pada kitin. 4. Deasetilasi Tranformasi kitin menjadi kitosan disebut tahap deasetilasi, yaitu dengan memberikan perlakuan dengan basa berkonsentrasi tinggi. Reaksi deasetilasi bertujuan untuk memutuskan gugus asetil yang terikat pada nitrogen dalam struktur senyawa kitin untuk memperbesar persentase gugus amina pada kitosan (Indra, 1993). Proses deasetilasi dengan menggunakan alkali pada suhu tinggi akan menyebabkan terlepasnya gugus asetil (CH3CHO-) dari molekul khitin. Gugus amida pada khitin akan berikatan dengan gugus hidrogen yang bermuatan positif sehingga membentuk gugus amina bebas –NH2 (Mekawati dkk., 2000). Dengan adanya gugus ini khitosan dapat mengadsorpsi ion logam dengan membentuk senyawa kompleks (khelat).
23
Proses deasetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara kimiawi maupun ezimatik. Proses kimiawi menggunakan basa misalnya NaOH, dan dapat menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi, yaitu mencapai 8593%. Namun proses kimiawi menghasilkan kitosan dengan bobot molekul yang beragam dan deasetilasinya juga sangat acak, sehingga sifat fisik dan kimia kitosan tidak seragam. Selain itu proses kimiawi juga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan, sulit dikendalikan, dan melibatkan banyak reaksi samping yang dapat menurunkan rendemen. Proses enzimatik dapat menutupi kekurangan proses kimiawi. Pada dasarnya deasetilasi secara enzimatik bersifat selekt if dan tidak merusak struktur rantai kitosan, sehingga menghasilkan kitosan dengan karakterist ik yang lebih seragam agar dapat memperluas bidang aplikasinya (Sugita, 2009).
3.2.5 Derajat Deasetilasi Derajat deasetilasi adalah persentasi gugus asetilasi yang berhasil dihilangkan selama proses deasetilasi kitin. Derajat deasetilasi berperan penting dalam proses penyerapan. Pertambahan nilai derajat deasetilasi menyebabkan bertambahnya jumlah gugus amina bebas (Millot et al, 1998). Berat molekul kitosan dan derajat deasetilasi juga dapat mempengaruhi kelarutan kitosan dalam suasana asam dan membawa pengaruh pada proses penyerapan. Beberapa publikasi menyatakan bahwa derajat deasetilasi akan dapat meningkatkan keupayaan dalam proses penyerap ion logam. Ini disebabkan meningkatnya gugus amina bebas, di dalam praktiknya berat molekul dan derajat
24
deasetilasi bertambah nilainya juga membawa pengaruh pada sifat fisik dan fisikokimia pada porositas, viskositas, dan titik leburnya (Agusnar, 2005). Perbedaan
antara
kitin
dengan
kitosan
terdapat
dalam
derajat
deasetilasinya. Kitosan mempunyai derajat deasetilasi 80–90 % akan tetapi kebanyakan publikasi menggunakan istilah kitosan apabila derajat deasetilasi lebih besar dari 70%. Derajat deasetilasi kitosan dapat diukur dengan berbagai metode dan yang paling lazim digunakan adalah metode garis dasar spektroskopi IR transformasi Fourier (FTIR) yang pertama kali diajukan oleh Moore dan Robert pada tahun 1977. Teknik ini memberikan beberapa keuntungan, yaitu relatif cepat, contoh tidak perlu murni, dan tingkat ketelitian tinggi dengan teknik titrimetri dan metode spektroskopi lainnya (Sugita et al, 2009). Nilai yang digunakan untuk menghitung derajat deasetilasi sangat bergantung pada nisbah pita serapan yang digunakan untuk menghitungnya. Tiga nisbah yang diajukan ialah A1655/A2867, A1550/A2878, dan A1655/A3450. Dua nisbah pertama memberikan keakuratan pada %N asetilasi rendah, sedangkan A1655/A3450 lebih akurat pada %N deasetilasi tinggi. Derajat Deasetilasi (% DD) kitin dan kitosan dapat dihitung sebagai berikut:
Gambar 4. Rumus derajat deasetilasi Sumber : Muzzarelli, 1977
25
3.3
Kitosan Sulfat dan Kitosan Nitrit Kitosan sulfat dan kitosan nitrit merupakan salah satu dari modifikasi
kitosan dengan cara penempelan ion sulfat (SO42-) maunpun ion nitrit (NO2-) pada amina (NH2) yang merupakan gugus aktif kitosan. Perbandingan gugus amina dan asetamida yang terdapat dalam satu molekul kitosan bisa mencapai 90% (Sakayawong, 2005). Konversi kitosan menjadi kitosan sulfat dan kitosan nitrit pada dasarnya adalah pengikatan elektrostatik ion sulfat dan ion nitrit pada gugus NH2 menjadi -NH3+ -SO42- maupun menjadi -NH3+ -NO2- untuk menambah kereaktifan gugus aktif sehingga dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi dari kitosan, dengan meningkatkan laju adsorbsi pada kitosan sulfat. Kereaktifan situs aktif kitosan termodifikasi lebih stabil daripada kitosan,
karena kitosan
termodifikasi telah mengalami protonasi yang permanen dengan adanya proses penempelan ion, seperti ion sulfat ataupun ion nitrit. (Cahyaningrum, 2001). Darjito (2001), Cahyaningrum (2001), dan Mahatmanti (2001) telah memakai kitosan sulfat sebagai adsorben logam, dan dari penelitian tersebut terbukti bahwa kapasitas adsorpsi kitosan sulfat terhadap ion logam lebih tinggi dibandingkan dengan kitosan.
3.4.
Logam Berat Logam berasal dari kerak bumi berupa bahan-bahan murni organik dan
anorganik. Secara alami siklus perputaran logam adalah dari kerak bumi ke lapisan tanah, ke makhluk hidup, ke dalam air, selanjutnya mengendap dan akhirnya kembali ke kerak bumi (Darmono, 1995).
26
Istilah logam secara fisik mengandung arti suatu unsur yang merupakan konduktor listrik yang baik dan mempunyai konduktifitas panas, mempunyai rapatan, mudah ditempa, kekerasan dan keelektropositifan yang tinggi. Meskipun demikian beberapa unsur (boron, silikon, germanium, arsen dan tellurium) yang diketahui sebagai metaloid, mempunyai satu atau lebih sifat-sifat tersebut. Tetapi dalam memisahkan tidak cukup dengan hanya membedakan kekhasan logam dan bukan logam. Lebih jauh, bentuk alotrofik dari beberapa unsur di garis batas mungkin juga memperlihatkan sifat-sifat yang berbeda (Connell dan Miller, 1995). Menurut Connell dan Miller (1995), logam berat adalah suatu logam dengan berat jenis lebih besar. Logam ini memiliki karakter seperti berkilau, lunak atau dapat ditempa, mempunyai daya hantar panas dan listrik yang tinggi dan bersifat kimiawi, yaitu sebagai dasar pembentukan reaksi dengan asam. Selain itu logam berat adalah unsur yang mempunyai densitas lebih besar dari 5 gr/cm3, mempunyai nomor atom lebih besar dari 21 dan terdapat di bagian tengah daftar periodik. Logam berat adalah istilah yang digunakan secara umum untuk kelompok logam dan metaloid dengan densitas lebih besar dari 5 g/cm3, terutama pada unsur seperti Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb dan Zn. Unsur-unsur ini biasanya erat kaitannya dengan masalah pencemaran dan toksisitas. Logam berat secara alami ditemukan pada batu-batuan dan mineral lainnya, maka dari itu logam berat secara normal merupakan unsur dari tanah, sedimen, air dan organism hidup serta akan menyebabkan pencemaran bila konsentrasinya telah melebihi batas normal. Jadi
27
konsentrasi relatif logam dalam media adalah hal yang paling penting (Alloway dan Ayres, 1993). Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek khusus pada makhluk hidup (Pallar, 1994). Logam berat dapat menjadi bahan racun yang akan meracuni tubuh makhluk hidup, tetapi beberapa jenis logam masih dibutuhkan oleh mahluk hidup, walaupun dalam jumlah yang sedikit. Daya toksisitas logam berat terhadap makhluk hidup sangat bergantung pada spesies, lokasi, umur (fase siklus hidup), daya tahan (detoksikasi) dan kemampuan individu untuk menghindarkan diri dari pengaruh polusi. Toksisitas pada spesies biota dibedakan menurut kriteria sebagai berikut, biota air, biota darat, dan biota laboratorium. Sedangkan toksisitas menurut lokasi dibagi menurut kondisi tempat mereka hidup, yaitu daerah pencemaran berat, sedang, dan daerah nonpolusi. Umur biota juga sangat berpengaruh terhadap daya toksisitas logam, dalam hal ini yang umurnya muda lebih peka. Daya tahan makhluk hidup terhadap toksisitas logam juga bergantung pada daya detoksikasi individu yang bersangkutan, dan faktor kesehatan sangat mempengaruhi (Pallar, 1994).
3.4.1 Logam Tembaga (Cu) Keberadaan Cu di perairan secara alami sebagai akibat abrasi batuan yang banyak menggandung Cu. Konsentrasi normal Cu dalam perairan adalah 0,03 ppm. Cu dalam bentuk bebas dapat membentuk kompleks dengan bahan organik maupun anorganik, biasanya unsur alam yang paling kuat membentuk kompleks dengan Cu adalah ammonia, piridine, dan ethilendiamine. Salah satu karakteristik
28
Cu, bila membentuk kompleks dengan unsur lain akan mudah mengendap pada sedimen. Logam Cu dalam bentuk ion hidrogen merupakan racun mematikan bagi ikan, terlebih dalam bentuk Cu2+ (More dan Ramamoorty, 1984). Menurut Sutrisno dan Suciastuti (1996), Cu dalam jumlah besar dapat menyebabkan rasa tidak enak di lidah. Logam Cu dapat menyebabkan kerusakan pada hati. Konsentrasi Cu 2,5 – 3,0 ppm dalam badan perairan dapat membunuh ikan. Menurut Effendi (2003), tembaga (Cu) merupakan logam berat yang dijumpai pada perairan alami dan merupakan unsur yang essensial bagi tumbuhan dan hewan, artinya logam berat ini dibutuhkan oleh makhluk hidup, namun dalam jumlah yang sedikit sekali. Bila kebutuhan tersebut tidak terpenuhi akan berakibat fatal bagi tubuh, sebaliknya, bila terdapat dalam jumlah banyak akan berubah menjadi racun bagi tubuh. Logam Cu banyak digunakan dalam industri metalurgi, tekstil, elektronika, dan sebagai pengawet bahan pewarna metalik. Logam Cu bersifat racun terhadap semua tumbuhan pada konsentrasi larutan di atas 0,1 ppm. Konsentrasi yang aman bagi air minum manusia tidak lebih dari 1 ppm. Bersifat racun bagi domba pada konsentrasi di atas 20 ppm (Widaningrum et al, 2007). Logam Cu pada konsentrasi 2,3 – 2,5 mg/L dapat mematikan ikan dan akan menimbulkan efek keracunan, yaitu kerusakan pada selaput lendir. Tembaga dalam tubuh berfungsi sebagai sintesis hemoglobin dan tidak mudah disekresikan dalam urine karena sebagian terikat dengan protein, sebagian disekresikan melalui
29
empedu ke dalam usus dan di buang ke feses, sebagian lagi menumpuk dalam hati dan ginjal, hinggga menyebabkan penyakit anemia dan tuberkolosis (Saeni, 1997). Dirjen Pengawasan Obat dan Makanan (POM) RI telah menetapkan batas maksimum cemaran logam berat tembaga pada sayuran segar yaitu 50 ppm. Namun demikian, tembaga merupakan konstituen yang harus ada dalam makanan manusia dan dibutuhkan oleh tubuh (Acceptance Daily Intake/ADI = 0,05 mg/kg berat badan). Pada kadar ini tidak terjadi akumulasi pada tubuh manusia normal. Akan tetapi asupan dalam jumlah yang besar pada tubuh manusia dapat menyebabkan gejala-gejala yang akut (Astawan, 2005). Menurut Darmono (1995), toksisitas logam tembaga pada manusia, khususnya anak-anak biasanya terjadi karena tembaga sulfat. Beberapa gejala keracunan tembaga adalah sakit perut, mual, muntah, diare dan beberapa kasus yang parah dapat menyebabkan gagal ginjal dan kematian.
3.4.2 Logam Kadmium (Cd) Logam Cd bersifat tahan panas sehingga baik untuk campuran pembuatan keramik. Cd merupakan logam yang sering digunakan dalam lempengan elektroda, pengecetan, stabilizer dalam pabrik plastik dan baterai dan sebagai campuran logam (alloy). Kadmium relative aktif dalam lingkungan aquatic dan garam-garamnya dapat larut dalam air. Logam Cd bersifat toksik bagi semua organisme hidup, bahkan juga sangat berbahaya untuk manusia. Dalam badan perairan, kelarutan Cd dalam konsentrasi tertentu dapat membunuh biota perairan. Pada konsentrasi 200 μg/L
30
menyebabkan keracunan pada ikan (Greenberg dalam Nurhasni 2002). Logam kadmium juga mengalami proses biotransformasi dan bioakumulasi dalam organism hidup (tumbuhan, hewan dan manusia). Keracunan Cd bersifat akut dan kronis. Sistem tubuh yang dapat dirusak adalah ginjal, pari-paru, kekurangan darah, kerapuhan tulang, mempengaruhi sistem reproduksi dan organ-organnya serta logam kadmium diduga merupakan salah satu penyebab dari timbulnya kanker pada manusia (Pallar, 1994). Kadmium akut muncul setelah 4-10 jam sejak penderita terpapar oleh logam Cd. Keracuan kadmium bisa menimbulkan penyakit paru-paru akut. Paparan Cd secara akut dapat menyebabkan kehilangan nafsu makan, daya tahan tubuh lemah, kerusakan hepar dan ginjal, kanker, sakit kepala, kedinginan hingga menggigil, nyeri otot dan diare bahkan bisa menyebabkan kematian (Widoawati et al,2008). Keracunan Cd bisa merusak sistem fisiologis tubuh, antara lain sistem urinaria, sistem respirasi (paru-paru), sistem sirkulasi (darah) dan jantung, kerusakan sistem reproduksi, sistem saraf, bahkan dapat mengakibatkan kerusakan tulang (Widoawati et al, 2008).
3.5
Spektroskopi Serapan Atom (SSA) Pada tahun 1860 Kirchoff dan Bunsen menyatakan bahwa spektrum atom,
baik spektrum emisi maupun spektrum absorpsi dapat digunakan sebagai dasar teknik analisa unsur selektif. Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika menealah garis-garis hitam pada spektrum matahari.
31
Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh pada tahun 1955 (Khopkar, 2003). SSA merupakan metode yang memanfaatkan fenomena penyerapan energy sinar oleh atom netral dalam bentuk gas sebagai dasar pengukuran dan sangat tepat digunakan untuk analisis zat pada konsentrasi rendah. Atom-atom bebas bisa dihasilkan dengan cara menyemprotkan sampel yang berupa larutan atau suspensi ke dalam nyala. Besarnya kepekatan analit ditentukan dari besarnya berkas sinar garis resonansi yang melewati nyala. Cara analisis ini selain atomisasi dengan nyala dapat pula dilakukan dengan tanpa nyala (flameless atomizer), yaitu dengan menggunakan energi listrik dengan batang karbon (CRA = Carbon Rod Atomizer) atau bahkan dengan uapnya saja seperti pada analisis merkuri. Menurut Suryana (2001), dalam Spektrofotometer Serapan Atom dengan nyala, biasanya terdaat empat jenis nyala yang digunakan sebagai bahan bakar pada SSA, yaitu: 1. Asetilen- udara, campuran ini paling banyak digunakan dalam SSA (=35 unsur). Suhu yang dihasilkan oleh campuran ini adalah sekitar 2300-2400 o
C dengan burning velocity ± 160 cm/detik.
2. Nitro oksida - asetilen, campuran ini dapat menghasilkan nyaladengan panas ± 3200 oC, tetapi burning velocity-nya cukup besar yaitu ± 220 cm/detik. 3. Udara-hidrogen 4. Argon–udara-hidrogen.
32
3.5.1 Prinsip SSA Metode SSA berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung sifat unsurnya. SSA adalah cara analisis yang berdasarkan pada proses penyerapan energi radiasi gelombang elektromagnetik oleh populasi atom yang berbeda pada tingkat energi yang lebih tinggi. Jika pada sejumlah populasi atom yang berada pada tingkat energi dasar (E0) diberikan seberkas radiasi gelombang elektromagnetik dengan tingkat energi tertentu (sesuai dengan besarnya energy untuk menaikan tingkat energi atom dari E0 E1) maka sebagian energi radiasi akan diserap oleh ataom dan tingkat energi tingkat atom naik dari E0 E1. Energi radiasi gelombang elektromagnetik yang tidak mengalami penyerapan akan keluar dari populasi atom dan intensitasnya berkurang sesuai dengan jumlah atom yang mengalami perpindahan tingkat energi. Dengan demikian, pengurangan intensitas radiasi pada panjang gelombang yang sesuai dapat diukur dan besarnya sebanding dengan populasi atom yang menyerap radiasi tersebut. Dengan mengukur jumlah energi yang diserap, maka dapat menentukan konsentrasi atom elemen yang diuji dalam contoh (Suryana,2001).
33
Gambar 5. Skema Prinsip SSA Sumber : Suryana, 2001 Penyerapan energi oleh sekumpulan populasi atom netral yang menyebabkan berkurangnya intensitas radiasi. Berkurangnya intensitas radiasi ini sebanding dengan jumlah atom yang menyerap energi radiasi tersebut. Energi yang diserap berbanding lurus dengan energi yang diperlukan untuk eksitasi atom. Ditunjukan dengan persamaan Lambert-Beer dengan rumus sebagai berikut :
Dimana : A
= absorbansi
Io
= Intensitas cahaya awal (erg/detik)
It
= Intensitas cahaya setelah sebagian diadsorpsi oleh contoh (erg/detik)
Kv
= Absortivitas molar-konstan (mol/L.cm)
d
= Tebal media (cm)
c
= Konsentrasi atom analit dalam contoh (mol/L) Secara sederhana skema alat SSA adalah sebagai berikut :
34
Gambarr 6. Skema alat a SSA
Bagian-Bagi B ian pada SSA A a. a Lampu Kaatoda Lam mpu katoda berfungsi sebbagai sumberr cahaya unttuk memberiikan energi sehingga un nsur logam yang akan diuji, akan mudah terekksitasi. Lam mpu katoda terbagi t mennjadi dua macam, m yaituu : Lampu Katoda Monologam : Digunakan untuk u menggukur 1 un nsur. Lamppu Katoda Multilogam m : Digunak kan untuk pengukuran p beberapa logam sekaliggus, hanya saaja harganyaa lebih mahall. b. b Tabung Gas G Tabuung gas padaa SSA yang digunakan merupakan tabung gas yang y berisi gas g asetilen. Gas asetileen pada SSA A memiliki kisaran suhhu ± 20000K K, dan ada juga j tabung gas yang berisi b gas N2O yang lebih panas darri gas asetilen, dengan kisaran k suh hu ± 30000K K. regulatorr pada tabuung gas aseetilen berfunngsi untuk pengaturan p banyaknya b g yang akaan dikeluark gas kan, dan gass yang beradda di dalam
35
tabung. Spedometer pada bagian kanan regulator. Merupakan pengatur tekanan yang berada di dalam tabung. c. Ducting Ducting merupakan bagian cerobong asap untuk menyedot asap atau sisa pembakaran pada SSA, yang langsung dihubungkan pada cerobong asap bagian luar pada atap bangunan, agar asap yang dihasilkan oleh SSA, tidak berbahaya bagi lingkungan sekitar. d. Kompresor Kompresor merupakan alat yang terpisah dengan main unit, karena alat ini berfungsi untuk mensuplai kebutuhan udara yang akan digunakan oleh SSA, pada waktu pembakaran atom. e. Burner Burner berfungsi sebagai tempat pancampuran gas asetilen, dan aquabides, agar tercampur merata, dan dapat terbakar pada pemantik api secara baik dan merata. f. Buangan Pada SSA Buangan pada AAS disimpan di dalam drigen dan diletakkan terpisah pada AAS. Buangan dihubungkan dengan selang buangan yang dibuat melingkar sedemikian rupa, agar sisa buangan sebelumnya tidak naik lagi ke atas, karena bila hal ini terjadi dapat mematikan proses pengatomisasian nyala api pada saat pengukuran sampel, sehingga kurva yang dihasilkan akan terlihat buruk.
36
BAB IV METODE PENELITIAN
4.1.
Waktu dan Tempat Waktu pelaksanaan Praktek Kerja Lapangan (PKL) dimulai sejak tanggal
19 Januari sampai 8 Februari 2015. Adapun tempat Praktek Kerja Lapangan ini di Balai Teknologi Lingkungan (BTL) Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) gedung 820 (GEOSTECH) Kawasan Puspitek Serpong, Tangerang Selatan 15314. Laboratorium yang digunakan adalah Laboratorium Preparasi dan Laboratorium Analitik.
4.2.
Alat dan Bahan
4.2.1 Alat Alat-alat yang digunakan adalah, Spektroskopi Serpan Atom (SSA) AA6800 F, timbangan analitik, pH meter, pH indikator, waterbath Memmert, termometer, gelas beaker, Erlenmeyer, crystalin disk, tabung reaksi, pipet ukur, pipet volum, labu ukur dan corong gelas. 4.2.1. Bahan Bahan yang digunakan adalah, kitin, almunium foil, akudes, kertas saring Whatman,
larutan standar logam tembaga (Cu) dan kadmium (Cd), larutan
simulasi limbah CuSO4 25 ppm dan larutan Cd 25 ppm, NaOH 50%, (NH4)2SO4 1N , (NH4)2SO4 0,1M, NaNO2 1N.
37
4.3.
Prosedur Kerja Penelitian ini dilaksanakan dalam tiga tahap. Pertama adalah pembuatan
adsorben kitosan dari kitin limbah cangkang. Selanjutnya pembuatan kitosan terimpregnasi, yaitu kitosan-sulfat dan kitosan-nitrit. Ketiga, pembuatan larutan standar tembaga (Cu) dan kadmium (Cd) serta pembuatan limbah simulasi. Terakhir yaitu penggunaan kitosan murni dan kitosan terimpregnasi tersebut diaplikasikan kedalam limbah simulasi. Konsentrasi dari masing-masing ion logam dianalisis menggunakan Spektroskopi Serapan Atom (SSA).
4.3.1 Tahap Deasetilasi Kitin Menjadi Kitosan Proses deasetilasi dilakukan dengan merebus kitin dalam larutan NaOH o
50% dengan perbandingan 1:15 (b/v) pada suhu 80 C. Perebusan dilakukan selama 1 jam. Padatan kemudian dipisahkan dengan cairan, selanjutnya dicuci dengan akuades hingga netral. Setelah itu padatan dikeringkan pada suhu 60o
70 C dalam oven selama 24 jam. Produk yang diperoleh dari proses ini dinamakan kitosan dan kitosan tersebut ditimbang.
4.3.2 Aktivasi Kitosan dengan Metode Impregnasi Kitosan yang telah didapatkan dari proses deasetilasi dilakukan proses pengaktivasian mengunakan larutan impregnan. Larutan impregnan yang digunakan adalah Amonium sulfat ((NH4)2SO4) 1 N, amonium sulfat ((NH4)2SO4) 0,1M dan natrium nitrit NaNO2 1N.
38
Dicampurkan
kitosan
murni
dengan
larutan
impregnan
dengan
perbandingan 1:15. Aktifasi dilakukan dengan 2 cara yakni pemanasan dan tanpa pemanasan, dimana keduanya dilakukan dalam waktu 1 jam. Tetapi untuk larutan impregnan amonium sulfat ((NH4)2SO4) 0,1M waktu yang diperlukan selama 3 jam. Setelah itu, kitosan disaring dan dicuci dengan akuades hingga netral. Kemudian kitosan dikeringkan dalam oven pada suhu 60-700C serta ditimbang berat kitosan teraktivasi yang dihasilkan.
4.3.3 Pembuatan larutan baku logam Cd dan Cu a. Pembuatan larutan baku logam Cd dan Cu 100 ppm Dipipet sebanyak 10 mL larutan
induk 1000 ppm yang terdiri dari
campuran logam Cd, dan Cu ke dalam labu ukur 100 mL, kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera. b. Pembuatan larutan baku logam Cd dan Cu 10 ppm Dipipet sebanyak 10 mL larutan standar 100 ppm di atas ke dalam 100 Ml kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera.
4.3.4 Pembuatan Deret Standar Logam Cd dan Cu Deret standar setiap logam yang telah dibuat diukur dengan menggunakan Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS) pada panjang gelombang tertentu sesuai dengan logam yang diukur.
39
a.
Pembuatan deret standar logam kadmium (Cd) Dipipet 0,5 mL ; 1 mL ; 2 mL ; 5 mL ; 10 mL dan 20 mLllarutan baku
kadmium 10 ppm masing – masing ke dalam 100 mL labu ukur. Kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera, sehingga didapatkan konsentrasi logam kadmium 0,05 ppm ; 0,1 ppm; 0,2 ppm; 0,5 ppm; 1 ppm dan 2 ppm. Masing – masing larutan yang telah dibuat pada panjang gelombang 228, 71 nm. b.
Pembuatann deret standar logam tembaga (Cu) Dipipet 5 mL ; 10 mL ; 20 mL dan 50 mL larutan baku tembaga 10 ppm
masing – masing ke dalam 100 ml labu ukur. Kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera, sehingga didapatkan konsentrasi logam tembaga 0,5 ppm; 1 ppm; 2 ppm dan 5 ppm. Masing – masing larutan yang telah dibuat pada panjang gelombang 324, 75 nm.
4.3.5. Proses Adsorpsi Logam dengan Kitosan Murni dan Kitosan Teraktivasi Sebanyak 0,25 gram kitosan murni dan kitosan teraktivasi dimasukkan kedalam tabung reaksi yang berisi 15 ml larutan logam Cd dan Cu. Kemudian didiamkan selama 1 jam. Setelah itu disaring dan filtrat hasil penyaringannya diencerkan hingga 15 kali. Hasil pengenceran dianalisa dengan menggunakan Spektroskopi Serapan Atom (SSA).
40
4.4
Teknik Analisa Data
4.4.1 Penentuan Persamaan Kurva Standar Persamaan
kurva
standar
diperoleh
dengan
mengalurkan
grafik
konsentrasi larutan standar dengan absorbansi (hasil pengukuran AAS), sehingga diperoleh persamaan garis regresi dan selanjutnya digunakan sebagai dasar untuk menentukan konsentrasi logam sampel.
4.4.2. Penentuan Efisiensi Penyerapan Efisiensi penyerapan ditentukan dengan membandingkan konsentrasi logam setelah penyerapan dengan konsentrasi logam mula-mula, dengan rumus sebagai berikut : 100% Keterangan : Eff : efisiensi penjerapan C0 : konsentrasi logam mula-mula C1 : konsentrasi logam setelah penyerapan
41
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab hasil dan pembahasan ini akan diuraikan pembuatan kitosan murni dan kitosan terimpregnasi dari kitin dan efisiensi penyerapan terhadap limbah simulasi logam tembaga (Cu) dan logam kadmium (Cd).
5.1.
Preparasi Isolasi kitin dari limbah cangkang dapat dilakukan melalui 3 tahap yaitu,
proses deproteinasi yang bertujuan untuk memisahan protein yang terdapat pada limbah cangkang dengan menambahkan alkali lemah atau enzim proteolitik. Kemudian proses demineralisasi yang bertujuan
untuk memisahkan mineral-
mineral yang ada dengan menggunakan asam lemah atau agen khelat. Selanjutnya proses depigmentasi yang bertujuan untuk penghilangan warna dan penyerapan pengotor yang ada dengan menggunakan peroksida.
a. Perubahan Kitin Menjadi Kitosan Muzzarelli (1985) melaporkan bahwa kitosan merupakan polimer yang lebih efektif dalam hal kapasitas dan kemampuan adsorpsinya terhadap ion logam dibandingkan dengan kitin. Hal ini dimungkinkan karena jumlah gugus amina bebas (sebanding dengan besar derajat deasetilasi) dalam kitosan yang tersedia untuk pengkhelatan, lebih banyak dibandingkan pada kitin, sehingga kemampuan
42
(% pengumpulan) kitosan dalam mengikat ion logam pun diperoleh lebih besar dari pada kitin. Kitin dideasetilasi untuk mengubah gugus asetil menjadi gugus amina dengan penambahan larutan NaOH 50%. Proses perendaman ini dilakukan selama 1 jam pada suhu larutan 80oC. Tabel 5. Hasil pengamatan proses deasetilasi Bobot sampel (g) Kitin
Kitosan
Volume NaOH 50%
pH
%
awal
akhir
Rendemen
14
7
70,8
(ml) 30
21,24
450
Dari data di atas rendemen yang diperoleh dari tahap ini sebesar 70,8%. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1. Kecepatan reaksi yang terjadi tergantung pada konsentrasi basa, waktu reaksi dan temperatur yang dipakai, menghasilkan kitosan dalam bentuk gel atau setengah gel.
Gambar 7. Kitosan yang dihasilkan
43
Adapun reaksi yang terjadi pada proses deasetilasi kitin adalah sebagai berikut :
Gambar 8. Mekanisme Reaksi Deasetilasi (Mahatmanti, 2001)
Dilihat dari mekanisme reaksi deasetilasi pada Gambar 8. NaOH memutus ikatan antara karbon pada gugus asetil dengan nitrogen pada kitin menjadi kitosan yang mengandung gugus amina. Dengan menggunakan basa konsentrasi tinggi maka pemutusan gugus asetil dengan gugus nitrogen akan terjadi karena gugusgugus ini berada dalam unit sel dengan struktur kristalin. Sehingga semakin tinggi konsentrasi NaOH maka gugus asetil yang terlepas akan semakin banyak (Mahatmanti, 2001).
44
5.2.
Impregnasi Kitosan Kitosan yang diperoleh dari tahap perlakuan sebelumnya diimpregnasi
menggunakan larutan impregnan. Larutan impregnan yang digunakan terdiri dari 2 jenis garam yakni amonium sulfat ((NH4)2SO4) 0,1M dan 1N, serta natrium nitrit (NaNO2) 1 N. Penggunaan larutan impregnan yang berbeda ini memiliki tujuan unutuk mengetahui larutan impregnan jenis apa yang paling optimum dan efisien dalam proses penyerapan logam. Proses impregnasi dilakukan dengan melakukan perendaman/impregnasi kitosan hasil deasetilasi ke dalam larutan impregnan. Perbandingan kitosan dengan larutan impregnan adalah 1:15 (b/v). Dalam penelitian ini jumlah kitosan yang digunakan sebanyak 3 gram dan larutan impregnan yang digunakan sebanyak 45mL. Proses impregnasi ini dilakukan dalam 2 cara, yaitu dengan menggunakan pemanasan dan tanpa pemanasan dengan waktu kontak selama 1 jam. Tetapi pada larutan impregnan amonium sulfat 0,1M waktu kontak yang dilakukan selama 3 jam,
hal
ini
menggunakan
dimaksudkan ammonium
untuk
sulfat
membandingkan konsentrasi
rendah
pengaktifan (sesuai
Mahatmanti,2001) dengan Ammonium sulfat konsentrasi tinggi 1N.
45
kitosan
penelitian
Gambar 9. Proses impregnasi kitosan dengan pemanasan (kiri) dan tanpa pemanasan (kanan). Proses impregnasi yang dibantu oleh pemanasan dan konsentrasi yang tinggi
memungkinkan
akan
membantu
mempercepat
pengikatan
gugus
elektrostatik terhadap gugus reaktif kitosan (gugus amina) dibandingkan impregnasi yang dilakukan tanpa pemanasan. Impregnasi kitosan menjadi kitosan sulfat dan kitosan nitrit pada dasarnya adalah pengikatan elektrostatik ion sulfat dan ion nitrit pada gugus reaktif kitosan yaitu gugus amina menjadi gugus -NH3+ -SO42- dan -NH3+ NO2-.Dengan terbentuknya kompleks -NH3+ -SO42- dan -NH3+ NO2- maka dimungkinkan terjadi perubahan mekanisme adsorpsi dari mekanisme pembentukan
kompleks
menjadi
pertukaran
ion.
Kemungkinan
reaksi
pembentukan kompeleks kitosan sulfat yang terjadi dalam suasana asam ditunjukkan oleh persamaan (1) dan (2), (Mahatmanti, 2001). R-NH2 + H+ R-NH3+ ………………………………………………...……...(1) R- NH3+ + (NH4)2SO4 R-NH3+SO42- + 2NH4+ …………………………….(2)
46
Persamaan reaksi pembentukan kompleks kitosan nitritditunjukkan oleh persamaan (3) dan (4), (Mahatmanti, 2001). R-NH2 + H+ R-NH3+ ……………………………………………………...(3) R- NH3+ + NaNO2 R-NH3+NO2- + Na+ ……..…………………………….(4) Impregnasi/aktivasi ini dilakukan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi kitosan karena dengan adanya ion sulfat dan ion nitrit maka gugus amina pada kitosan akan lebih bersifat kationik, selain itu dengan adanya gugus sulfat dan gugus nitrit maka diharapkan dapat pula mengikat gugus-gugus kationik. Ion sulfat dan ion nitrit dipakai karena ion sulfat dan ion nitrit kaya akan elektron. Kereaktifan gugus aktif kitosan sulfat dan kitosan nitrit lebih stabil dari pada kitosan murni karena gugus amina telah mengalami protonasi permanen dengan adanya penempelan ion sulfat dan ion nitrit (Mahatmanti,2001). Pada penelitian ini tidak dilakukan identifikasi karakteristik gugus fungsi yang terdapat pada kitosan dan kitosan terimpregnasi, sehingga peneliti tidak dapat menganalisa kemungkinan adanya perubahan gugus fungsi pada kitosan murni dan kitosan terimpregnasi. Tetapi dari penelitian Mahatmanti (2001), Darjito (2001) dan Cahyaningrum (2001) yang melakukan identifikasi terhadap gugus fungsional kitosan sulfat menggunakan FTIR dan adanya gugus hidroksil (OH), gugus amina (- NH2), gugus metilen (-CH2), gugus karbonil (-C=O), gugus C-N dan gugus sulfat (-S=O). Proses selanjutnya penetralan kitosan terimpregnasi menggunakan akuades yang bertujuan untuk menghilangkan garam-garam yang tersisa dalam kitosan. Kitosan terimpregnasi yang telah netral kemudian dikeringkan dalam oven pada
47
temperatur 60-700C selama 24 jam untuk menguapkan airnya. Setelah pengeringan di oven didapatkan kitosan terimpregnasi.
A
A
B
C
Gambar 10. (A) Kitosan Nitrit, (B) Kitosan Sulfat 0,1M dan (C) Kitosan Sulfat 1N
Tabel 6. Bobot kitosan setelah terimpregnasi Bobot Setelah Impregnasi (gr) Perlakuan
Bobot
(NH4)2SO4
(NH4)2SO4
NaNO2
Impregnasi
Sebelum
0,1M
1N
1N
Impregnasi (g) Pemanasan
3
2,809
3,052
2,998
Tanpa
3
2,933
3,132
2,967
Pemanasan
Dari tabel di atas, impregnasi kitosan menggunakan ammonium sulfat 1N mengalami pertambahan bobot kitosan baik pada proses pemanasan maupun tanpa pemanasan. Hal ini dikarenakan bahwa pada konsentrasi yang lebih tinggi kitosan dapat bereaksi dengan lebih sempurna. Selain itu penambahan bobot kitosan juga
48
dapat disebabkan karena faktor teknis, yaitu pada saat pencucian/penetralan kitosan sulfat yang tidak sempurna sehingga garam-garam ammonium masih menempel pada kitosan sulfat tersebut. Tetapi kitosan yang terimpregnasi dengan ammonium sulfat 0,1M (konsentrasi rendah) dan natrium nitrit mengalmi penurunan bobot. Seharusnya kitosan yang dihasilkan harus memiliki bobot yang sama, yaitu bobot kitosan sebelum terimpregnasi dan sesudah terimpregnasi harus sama.
5.3.
Adsorpsi Logam Berat (Cu dan Cd) Penyerapan logam berat dengan adsorben (kitosan) dilakukan dengan
variasi kitosan terimpregnasi. Hal ini dilakukan untuk membandingkan antara kitosan murni dengan kitosan terimpregnasi pada proses daya serap logam berat. Pada setiap 15 mL larutan rutan logam Cu dan Cd dengan konsentrasi 25 ppm ditambahkan kitosan murni dan kitosan terimpregnasi sebanyak 0,25 gram. Penyerapan dilakukan pada suhu kamar selama 1 jam. Sebelum dilakukan penentuan penyerapan
logam berat Cu , terlebih
dahulu dilakukan penentuan kurva standar logam Cu dan Cd. Untuk pengukuran logam Cu dilakukan pada panjang gelombang 324 nm. Kurva standar untuk logam Cu dapat dilihat pada Gambar 11.
49
0,7
Absorbansi
0,6 y = 0,113x + 0,009 R² = 0,999
0,5 0,4
Series2
0,3
Series1
0,2
Linear (Series1)
0,1 0 0
2
4
6
Konsentrasi (ppm)
Gambar 11. Kurva Standar Logam Cu
Selanjutnya dibuat pula kurva tandar logam Adapun panjang gelombang logam Cd adalah sebesar 228,71nm. Kurva standar untuk logam Cd dapat dilihat pada Gambar 12. 1 Absorbansi
0,8 0,6
y = 0,385x + 0,011 R² = 0,998
0,4
Series1
0,2
Linear (Series1)
0 0
1
2
3
Konsentrasi (ppm)
Gambar 12. Kurva Standar Logam Cd
Konsentrasi awal sebelum adsorpsi dan konsentrasi akhir setelah adsorpsi diukur dengan mengggunakan SSA, serta dilakukan pula pengenceran yang
50
diperlukan agar data yang didapatkan sesuai dengan batas deteksi alat yaitu 0,5–5 ppm untuk logam Cu dan 0,05 ppm–2 ppm untuk logam Cd. Hasil dari adsorpsi kitosan dan kitosan terimpregnasi dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Hasil pengamatan penyerapan logam Cu Adsorben
Konsentrasi Konsentrasi Absorbansi awal (ppm)
Effisiensi
akhir
penyerapan
(ppm)
(%)
Kontrol
25
25
0,1838
-
Kitosan
25
12,474
0,1039
50,104
Kitosan-sulfat 0,1M
25
11,2755
0,0948
54,898
25
14,0535
0,1159
43,786
25
3,6885
0,0372
85,246
25
2,8185
0,0306
88,726
Kitosan-nitrit
25
8,259
0,0719
66,964
Kitosan-nitrit (pemanasan)
25
7,719
0,0678
69,124
Kitosan-sulfat
0,1M
(pemanasan) Kitosan-sufat 1N Kitosan-sulfat
1N
(pemanasan)
Berdasarkan data di atas, dapat dijelaskan bahwa penyerapan logam Cu menggunakan adsorben kitosan memberikan hasil yang cukup baik. Dapat dibuktikan juga kitosan yang terimpregnasi memiliki daya serap yang lebih baik dibandingkan kitosan murni, namun kitosan yang diimpregnasi menggunakan amonium sulfat 0,1M tanpa pemanasan memiliki daya serap yang lebih kecil dibandingkan kitosan murni. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang ada, yang menjelakan bahwa kitosan terimpregnasi memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih
51
baik dibandingkan kitosan murni. Hal ini mungkin terjadi karena pada saat proses perendaman menggunakan ammonium sulfat ada pengotor yang menempel pada gugus reaktif kitosan sehingga dapat menghambat proses penyerapan. Kitosan yang diimpregnasi menggunakan ammonium sulfat 1N memiliki kapasitas penyerapan logam Cu yang sangat baik dibandingkan ammonium sulfat 0,1M dan natrium nitrit. Hal ini mungkin terjadi karena pada larutan ammonium sulfat 1N terjadi proses reaksi yang hampir sempurna dibandingkan ammonium sulfat 0,1M yang menyebabkan gugus sulfat yang terikat pada gugus amin dari kitosan lebih banyak dan menjadi sangat reaktif sehingga proses penyerapan logam Cu lebih cepat. Kitosan-sulfat 1N dengan perlakuan pemanasan maupun tanpa pemanasan memiliki efisiensi penyerapan yang tidak berbeda jauh, Pada kitosan sulfat 1N pemanasan efisiensi penyerapannya lebih tinggi yakni sebesar 88,726% dan memiliki nilai absorbansi yang paling rendah yaitu 0,0306 sehingga konsentrasi menurun menjadi 2,8185 ppm. Sedangkan pada kitosan murni, efisiensi penyerapan logam Cu rendah yaitu sebesar 50,104% dan memiliki nilai absorbansi 0,1039 sehingga konsentrasi turun menjadi 12,474 ppm. Jadi kitosan yang diimpregnasi menggunakan ammonium sulfat 1N sangat baik digunakan sebagai adsorben untuk menyerap logam Cu. Bantuan pemanasan juga merupakan hal penting dalam mempercepat proses pengikatan gugus elektrostatik terhadap gugus reaktif kitosan.
52
Tabel 8. Hasil pengamatan penyerapan logam Cd Adsorben
Konsentrasi Konsentrasi Absorbansi awal (ppm)
Effisiensi
akhir
penyerapan
(ppm)
(%)
Kontrol
25
25
0,7053
-
Kitosan
25
28,1175
0,7332
-
Kitosan-sulfat 0,1M
25
32,6865
0,8505
-
25
24,7185
0,6459
1,126
25
30,642
0,798
-
25
21,0375
0,5514
15,85
Kitosan-nitrit
25
31,2885
0,8146
-
Kitosan-nitrit (pemanasan)
25
31,74
0,8262
-
Kitosan-sulfat
0,1M
(pemanasan) Kitosan-sufat 1N Kitosan-sulfat
1N
(pemanasan)
Dari tabel di atas, penyerapan logam Cd menggunakan kitosan murni dan kitosan terimpregnasi memberikan hasil yang kurang baik. Efisiensi penyerapan terbesar terdapat pada kitosan terimpregnasi amonium sulfat 1N dengan proses pemanasan yakni sebesar 15,85% dan konsentrasi menurun menjadi 21,0375 ppm. Dari beberapa adsorben di atas, banyak konsentrasi adsorben yang menjadi meningkat dari konsentrasi kontrol. Hal ini mungkin disebabkan karena kitosan tidak cocok/kurang baik dijadikan absorben logam Cd. Tetapi apabila ingin menggunakan kitosan sebagai absorben, mungkin kitosan tersebut bisa diimpregnasi menggunakan ammonium sulfat konsentrasi tinggi dan dibantu dengan proses pemanasan.
53
BAB VI PENUTUP
6.1.
Simpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan menggunakan kitosan sebagai adsorben untuk ion logam, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Kitosan terimpregnasi memiliki daya serap yang lebih baik dibandingkan dengan kitosan murni. Efisiensi penyerapan tertinggi logam Cu adalah 88,726% dengan menggunakan adsorben kitosan sulfat sedangkan dengan menggunakan kitosan murni hanya menyerap sebesar 50,104%. 2. Proses pemanasan pada proses impregnasi membantu mempercepat pengikatan gugus elektrostatik terhadap gugus reaktif kitosan (gugus amina) dibandingkan impregnasi yang dilakukan tanpa pemanasan. 3. Kitosan baik digunakan untuk penyerapan logam Cu. Tetapi tidak cukup baik digunakan untuk penyerpan logam Cd.
6.2.
Saran
Sebaiknya penggunaan kitosan sebagai absorben perlu dilakukan identifikasi struktur menggunakan FTIR, agar mengetahui apakah proses perubahan kitin menjadi kitosan maupun proses impregnasi berjalan sempurna atau tidak.
54
DAFTAR PUSTAKA Agusnar, H., 2005, Analisis Sumber Kitin dari Limbah Industri Perikanan di Sumatera Utara, Jurnal Sains Kimia Vol 9, No.2, 2005: 85-86. Untuk Pemisahan Hidrokarbon (Tesis). M. Sc. UKM. Astawan, Made. 2005. Awas Koran Bekas! Kompas cyber media. http://www.kompas.com. Diakses tanggal 1 April 2015 Atkins, P.W.1999. Kimia Fisika 2.Jakarta ;Erlangga Bartnicki-Garcia, S. (1989), “The biological cytology of chitin and chitosan synthesis in fungi”, in G. Skjak-Braek, T. Anthonsen, P. Sandford (eds.). Chitin and Chitosan: Sources, Chemistry, Biochemistry, Physical Properties and Application. Elsevier, London. Brine, C. J., (1984), Introduction Chitin : Accomplishment and Perspectives. In : Chitin, Chitosan, and Related Enzymes. Zizakis, J. P. (Ed.), Academic Press, Orlando, pp.xviixxiii. Cahyaningrum, S. E. 2001. Karakteristik Adsorpsi Ni (II) dan Cd (II) pada Kitosan dan Kitosan Sulfat dari Cangkang Udang Windu (penaus monodon), Tesis Pasca Sarjana UGM, Jogjakarta. Chiu, et al. 2003, “Determinants of customer repurchase intention in online shopping”, Online Information Review, Vol.33, No.4, p.761-784, Emerald Group Publishing Limited. Connell, D.W. dan G.J. Miller. 1995. Kimia dan ekotoksikologi pencemaran. Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Darjito. 2001. Karakterisasi Adsorpsi Co(II) dan Cu(II) pada Adsorben Kitosan Sulfat, Tesis Program Pasca Sarjana, UGM, Yogyakarta. Darmono, 1995, Logam dalam Biologi Makhluk Hidup, Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta. Effendi, H., 2003, Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan, Penerbit Kanisius, Yogyakarta. Fatmawati,2006.Kajian Adsorpsi Cd(II) Oleh Biomassa Potamogeton(Rumput naga) Yang Terimobilikan Pada Silica Gel.Banjarbaru : FMIPA Univeritas Lambung Mangkurat. 55
Fernandez and Kim,S. O.,(2004), Physicochemical and Functional Properties Of Crawfish Chitosanas Effected By Different Processing Protocol.,Thesis,The Departement of Food Science, Seoul National University.Pp.68;2829. http://etd.lsu.edu/docs/available/etd11102004134343/unrestricted/Fernan dez-Kim_thesis.pdf Gaol,L.D.L. 2001. Studi Awal Pemanfaatan Beberapa Jenis Karbon Aktif Sebagai Adsorben. Depok : FTUI Greenberg, A.E.1992.Standar Methods for the Examinationnnn of Water Wastewater.18th ed.American Public Health Association Washington 29. Hanjono,L.1995. Teknologi Kimia.Jakarta : PT.Pradnya Paramita Hughes,M.N dan oole, R.K. 1984. Metals and Microorganism. London ; Chapman and Hall Indra dan Akhilus, S. (1993), Hidrolisis Khitin Menjadi Kitosan Serta Aplikasinya Sebagai Pendukung Padat, Laporan Penelitian, Jurusan Kimia, ITS,Surabaya Jae-Song, et al. 1998. Evaluation of Chitin and Chitosan as a Sorbent for the Preconcentration of Phenol and Chlorophenol in Water. Khopkar, S.M. 2003.Konsep Dasar Kimia Analitik.Jakarta : UI-Pres Lee, V.R. and Tan E.W.Y. 2002. Enzymatic Hidrolisis of Shrimp Waste for the Purification of Chitin, dalam http:// www.lboro.ac.uk/departments/cg/project/2002/lee Mahatmanti, F.W. 2001. Studi Adsorben Logam seng(II) dan Timbal (II) pada Kitosan dan Kitosan Sulfat dari Cangkang Udang Windu (Penous Monodon), Tesis Program Pasca Sarjana, UGM, Yogyakarta. Margonof. 2003. Potensi Limbah Udang sebagai Penyerap Logam Berat (Timbal, Kadmium, dan Tembaga) di Perairan. Availabel from: tumoutu.net/70207134/margonof.pdf. Millot, C., Mcbrien, J., Allen, S., and Guibal, E., (1998). Influence of physicochemical and structural characteristic of chitosan flakes on molybdate sorption. Journal Applied Polymer Science. Vol 68. 571-580.
More, J.W., dan Ramamoorty, S., 1984, Heavy Metal in Natural Water, Springers Varleg, New York. 56
Muzzaerelli, R.A.A.,1985, “Chitin”, Pergemon press, New York. Nurhasni,2002. Penggunaan Genjer (Limnocharis flava) untuk Menyerap Ion Kadmium, Kromium DAN Tembaga dalam Air Limbah. Tesis. Padang ; Universitas Andalas. Ornum, J.V., (1992), Shrimp waste must it be wasted,Info fish (6) 92 Oscik, J. 1982. Adsorption, Ellis Harwood Limited Publisher. Chicester, John Ospiow,L.S. 1962. Surface Chemistry: Theory and Industrial Applications. Reinhold Publishing Coorporation.New York Willey and Sons, New York. Pallar, H., 1994, Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat, Penerbit Rhineka Cipta, Jakarta. Roberts, D. 1976. Mussel and pollution in B. L. Bayne (ed), marine mussel: their ecology and physiology. Cambridge University Press. Cambridge. Reza, E. 2002. Studi Literatur Perancangan Awal Alat Adsorpsi Regenerasi Karbon Aktif.Seminar.Depok; FTUI Saeni, M.S., 1997., Penentuan Tingkat Pencemaran Logam Berat dengan Analisis Rambut, Orasi Ilmiah, Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Lingkungan, Fakultas Matematika dan IPA, IPB Bogor. Sakkayawong N,P. Thirave tyan, W.Nakbanpote. 2002. Adsorption Mechanism of Reactive Dye Waste water by Chitosan, Journal of Colloid and Interface Science 286,36–42. Sofyani. 2001. Studi Adsorben Logam seng(II) dan Timbal (II) pada Kitosan dan Kitosan Sulfat dari Cangkang Udang Windu (Penous Monodon), Tesis Program Pasca Sarjana, UGM, Yogyakarta. Sutrisno, Totok, dan E.Suciastuti., 1996, Teknologi Penyediaan Air Bersih, PT.Rineka Cipta, Jakarta. Sugita, Purwatningsih et al. (2009). Kitosan sumber biomaterial massa depan. Bogor;IPB Press Sunarya, A.I. 2006.Biosorpsi Cd(II) dan Pb(II) Menggunakan Kulit Jeruk Siam (Citrus reticula).Skripsi. Bogor : FMIPA-IPB Suryana N. 2001. Teori Instrumenntasi dan Teknik Analia AAS. Jakarta : Pusat 57
Pengujian Mutu Barang Syahmani dan Sholahudin, A. 2007. Laporan Penelitian Dosen Muda : Reduksi Fe, Mn dan Padatan Terlarut dalam Air Hitam dengan Kitin dan Kitosan Isolat Limbah Kulit Udang melalui Sistem Kolom. Banjarmasin : FKIP UNLAM Widaningrum, 2007,Bahaya Kontaminasi Logam Berat Dalam Sayuran Dan Alternatif Pencegahan Cemarannya, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian,Buletin Teknologi Pascapanen Pertanian Widjayanthi, E. 2010. Daya Adsorpsi Polikitosan-Akrilamida Terhadap Ion Ni(II) dan Cu(II). Jurusan Kimia FMIPA.UNY Widodo, A, Mardiah, Prasetyo. 2005. Potensi Kitosan dari Sisa Udang sebagai Koagulan Logam Berat Limbah Cair Industri Tekstil. Availabel from: http://www.kemahasiswaan.its.ac.id/file/PKMI%202006%20ITS%20Ag %20&20Mardiah.pdf. Widowati, et al. 2008. Efek Toksik Logam Pencegahan dan Penanggulangan Pencemaran. Penerbit C.V ANDI OFFSET. Yogyakarta. http://www.chitosan.com.cn/chitosan http://www.chemistrydaily.com/chitosan
58
LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan Rendemen Kitin Terdeasetilalasi 100% % 21,24 100% 30 70,8 % Lampiran 2. Efisiensi Penyerapan Logam Cu 100% Kitosan ,
100% = 50,104 % 1. Kitosan sulfat 0,1M ,
100% = 54,89 % 2. Kitosan sulfat 0,1M (pemanasan) ,
100% = 43,78 %
3. Kitosan sulfat 1N ,
100% = 85,246 % 4. Kitosan sulfat 1N (pemanasan) ,
100% = 88,726 %
5. Kitosan Nitrit ,
100% = 66,964% 6. Kitosan Nitrit (pemanasan) ,
100% = 69,124 %
Lampiran 3. Efisiensi Penyerapan Logam Cd 1. Kitosan sulfat 0,1M (pemanasan) ,
100% = 1,126 % 2. Kitosan sulfat 1N (pemanasan) ,
100% = 15,85 %
59
