Makalah Pemicu
Proses Degradasi Limbah Batik melalui Metode Elektrolisis dan Identifikasi Kandungan Logam Berat dalam Limbah melalui Metode Potensiometri
Oleh Kelompok : 4
Amalia Larasati
1606835771
Dhea Putriani
1606906300
Eldwin Maidiono
1606878884
Muhammad Audry Ramadhany
1606828053
Rafidha Irdiani
1606835771
Program Studi Teknologi Bioproses Departemen Teknik Kimia – FTUI FTUI Depok 2017
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Peningkatan jumlah industri tekstil di Indonesia berdampak pada kemajuan dan perkembangan industri manufaktur manufaktur tekstil nasional, seperti halnya halnya industri batik. Seiring dengan meningkatnya minat serta kebutuhan masyarakat akan bahan sandang, bertambah pula produksi limbah cair dari industri tekstil tersebut, yang berasal dari proses pencelupan hingga pencucian. Namun, peningkatan produksi limbah l imbah cair industri batik ini tidak diimbangi dengan pengetahuan dalam pengelolaan limbah tersebut, bahkan industri tekstil cenderung langsung membuang limbah cair tersebut ke badan sungai, sehingga mencemari sungai dan menurunkan kualitas air sungai tersebut. Tingginya pertumbuhan industri tekstil batik di berbagai daerah di Indonesia setelah pengakuan dari UNESCO, seperti pada daerah Laweyan, Surakarta dimana jumlah unit unit usaha batiknya meningkat meningkat dari 22 Unit Unit pada tahun 2004 menjadi 51 unit pada pada tahun 2011. Perkembangan ini tentunya meningkatkan pendapatan daerah serta meningkatkan tingkat ekonomi masyarakat. Namun, dibalik semua dampak positif tersebut terselip sejumlah masalah mengenai pengolahan air limbah karena industri batik merupakan salah satu industri terbesar dalam penggunaan air melalui setiap langkah produksinya sehingga limbah cair yang yang dihasilkan pun cukup besar. Limbah industri batik memiliki kandungan yang berpotensi menimbulkan air yang mencakup berbagai kandungan bahan organik, padatan tersuspensi, kandungan minyak yang tinggi serta kandungan logam berat yang berbahaya seperti Pb, Cd, Cu, Cr, dan Zn yang bersifat toksik. Mengenai kandungan logam berat tersebut, timbal merupakan mayoritas logam pencemar terbesar yang ditemukan pada limbah cair industri batik. Menurut penelitian, kadar Pb dalam limbah cair industri batik dapat mencapai 0,2349 mg/L yang melewati batas maksimum baku mutu menurut PP RI Nomor 82/20001 yaitu sebesar 0,03 mg/L. Selain timbal, logam berat yang juga sering ditemukan dalam limbah cair industri batik adalah Krom (Cr). Krom berasal dari zat pewarna CrCl3 dan K2Cr2O7 dan juga j uga bersifat toksik. Krom dapat menyebabkan kanker paru-paru, kerusakan hat i, iritasi pada kulit, serta rasa mual jika ji ka tertelan. Maka dari itu, keberadaan Pb dan Cr pada limbah cair menjadi masalah serius bila limbah li mbah tersebut dibuang tanpa pengelolaan yang baik. Mengingat keberadaan zat tersebut sangat berbahaya, diperlukan penanganan khusus sebelum zat tersebut dibuang dengan cara menekan limbah Cr dan Pb pada limbah cair industri pabrik sebelum masuk ke badan air s ungai dengan tujuan untuk mengurangi tingkat pencemaran sungai. Untuk menekan zat tersebut, langkah yang tepat untuk menangani masalah tersebut melalui metode elektrolisis. Elektrolisis sendiri merupakan peristiwa di mana larutan terurai menjadi ion positif (kation) dan negatif (anion). Arus listik akan dialirkan melalui elektroda di mana kation akan tereduksi sedangkan anion akan teroksidasi. Maka peristiwa reduksi terjadi di katoda dan oksidasi pun terjadi di anoda, kation akan menuju katoda sedangkan anion akan menuju anoda. Validasi alat elektrolisis akan dilakukan dengan mendeteksi logam 1
Cr dan Pb. Tujuannya adalah mengetahui efisiensi elektrolisis dalam mengurangi logam berat Cr dan Pb dalam limbah cair industri batik.
1.2
Tujuan Pembahasan 1. Mengetahui berbagai metode dalam pengolahan limbah cair industri tekstil serta analisisnya. 2. Mengetahui dasar teori dan cara kerja dari metode analisis elektrolisis, terutama potensiometri. 3. Mengetahui fungsi dari elektroda canomel dan ISE pada metode potensiometri 4. Mengetahui cara membaca dan mengolah data hasil eksperimen potensiometrik dengan mengukur respons dari elektrodanya. 5. Mengetahui kelebihan dan kekurangan metode analisis elektrolisis, terutama potensiometri, untuk menganalisis kandungan logam berat pada air sungai. 6. Mengetahui kegunaan dan cara kerja metode analisis potensiometri dengan menggunakan ISE untuk mencari kandungan pencemaran logam berat pada air sungai .
2
BAB II SOAL DAN PEMBAHASAN
Pemicu 1 Topik : Proses Elektrolisis Limbah Industri Batik
1. Dapatkah Anda menjelaskan bagaimana dampak bahaya dari pembuangan limbah batik ke perairan pemukiman? Kandungan apa saja yang memiliki potensi bahaya, yang dihasilkan dari limbah industri batik ini? Pembahasan : Pencemaran oleh limbah industri batik berpotensi untuk merusak ekosistem. Perairan yang tercemar limbah industri batik akan mengalami kenaikan Chemical Oxygen Demand (COD). Hal ini akan berdampak pada matinya berbagai organisme yang hidup di perairan tersebut. Selain itu, air yang tercemar dapat meresap ke dalam sumur-sumur yang biasa menjadi sumber air masyarakat sekitar (Santoso, 2014). Selain merusak ekosistem, air yang tercemar limbah pewarna batik juga dapat membahayakan kesehatan manusia. Naphtol, salah satu zat pewarna batik, merupakan salah satu bahan kimia yang termasuk ke dalam kategori B3 (bahan beracun berbahaya). Jika manusia terus menerus mengalami kontak dengan air yang tercemar sisa naphtol, lamakelamaan akan memicu terkena penyakit kanker kulit (Santoso, 2014). Kandungan lain yang dapat menimbulkan potensi bahaya, khususnya bagi kesehatan manusia, adalah krom dan timbal. Krom dan timbal dapat ditemukan sebagai kandungan dari zat pewarna dan zat pengikat pewarna. Krom bersifat toksik bagi tubuh manusia. Jika tertelan, krom dapat menyebabkan gangguan perut dan jika terjadi kontak dengan kulit, krom dapat menyebabkan iritasi. Tidak hanya itu, paparan krom secara terus-menerus juga dapat menyebabkan kanker paru-paru serta kerusakan hati dan ginjal (Muniarti, Inayati & Budiastuti, 2015). Sama halnya dengan krom, timbal juga memberikan dampak buruk bagi tubuh manusia. Timbal dapat menyebabkan gangguan kesehatan jika masuk ke dalam saluran pencernaan. Usus orang dewasa mampu menyerap timbal sebanyak 5 — 15%, sedangkan pada anak-anak, jumlah timbal yang diserap mencapai angka 40% (Muniarti, Inayati & Budiastuti, 2015). Setelah diserap, timbal akan diedarkan ke seluruh tubuh dan menyebabkan penurunan jumlah sel darah dan fungsi kognitif.
2. Apa yang Anda ketahui tentang zat w arna dalam proses pembuatan batik? Pembahasan : Zat warna dalam proses pembuatan batik terbagi menjadi dua jenis berdasarkan sumbernya, yaitu zat warna alami dan zat warna sintetis. Zat warna alami dibuat dengan tumbuhan sebagai bahan utama. Untuk mengambil zat warna dari bagian tumbuhan, perlu dilakukan proses ekstraksi atau fermentasi. Pembuatan zat warna dengan metode tersebut memerlukan waktu cukup lama (Laksono, 2012).
3
Berbeda dengan zat pewarna alami, zat pewarna sintetis dinilai lebih mudah diperoleh dan praktis digunakan. Zat pewarna sintetis umumnya merupakan turunan hidrokarbon aromatik, seperti benzena, toluena, naftalena, dan antrasena. Terdapat empat jenis zat pewarna sintetis yang seringkali dipakai untuk mewarnai batik, yaitu zat pewarna reaktif, zat pewarna indigosol, zat pewarna naphtol, dan zat pewarna rapid (Hertiyani, 2016). Zat pewarna reaktif memiliki karakteristik daya afinitas rendah, larut dalam air, dan dapat mengadakan reaksi dengan serat selulosa. Reaksi dengan serat selulosa membuat zat pewarna reaktif menjadi bagian dari serat tersebut sehingga tidak mudah luntur. Contoh dari zat pewarna reaktif, yaitu remazol. Sama halnya dengan zat pewarna reaktif, zat pewarna indigosol juga larut dalam air. Zat pewarna indigosol memiliki karakteristik ketahanan luntur yang baik dan mampu mewarnai kain secara merata (Hertiyani, 2016). Jenis zat pewarna ini dapat digunakan dengan menggunakan teknik pewarnaan pencelupan ataupun coletan. Pencelupan pada zat pewarna indigosol tidak menghasilkan warna. Warna yang diinginkan baru terlihat ketika kain dicelupkan kembali ke dalam larutan HCl ata u H2SO4. Zat pewarna indigosol memiliki rumus molekul C16H10 N2 Na2O8S2. Zat pewarna naphtol memiliki sifat tidak larut dalam air. Zat pewarna ini digunakan dengan teknik pencelupan sebanyak dua kali. Pada pencelupan pertama, kain dicelupkan ke dalam zat pewarna. Pencelupan pertama tidak menghasilkan warna. Setelah itu, kain dicelupkan lagi ke dalam larutan garam diazodium dan warna pun mulai terlihat. Penggunaan zat pewarna naphtol membuat kain memiliki warna yang kuat (Laksono, 2012). Zat warna rapid pada dasarnya adalah naphtol yang telah dicampur dengan garam diazodium dalam bentuk yang tidak dapat bergabung. Untuk memperoleh warna yang diinginkan, perlu dilakukan fiksasi oleh asam sulfat (Hertiyani, 2016).
3. Dalam bacaan dikatakan bahwa limbah tekstil biasanya dihasilkan dalam skala besar, sehingga terkadang beberapa metode konvensional yang ada menjadi tidak menguntungkan. Mengapa demikian? Pembahasan : Metode konvensional masih merupakan metode yang umum digunakan tidak hanya dalam mengolah limbah industri, tetapi juga dipakai dalam keperluan sehari-hari, mulai dari penyaringan sederhana hingga filtrasi larutan dari zat asing. Metode konvensional yang umum digunakan adalah metode primary treatment, berikut langkahnya: Penetralan Limbah batik yang sudah diambil sebelum disaring terlebih dahulu dinetralkan sampai pH mendekati angka 7 menggunakan tawas. Setelah diukur pHnya limbah batik memiliki pH sebesar 9. Setelah dilakukan percobaan didapatkan bahwa limbah batik dengan pH sebesar 9 dengan tawas memiliki perbandingan 250 : 1, arti angka ters ebut adalah bahwa 250 ml air limbah dibutuhkan tawas sebanyak 1 gram. Dalam pengolahan ini kami mengolah limbah batik sebanyak 5oo ml dinetralkan dengan 2 gram tawas. Sehingga limbah batik tersebut sudah memiliki pH 7,1.
4
Pengendapan Setelah limbah batik dan tawas dicampur, maka pada campuran tersebut akan terjadi peristiwa pengendapan. Peristiwa pengendapan membutuhkan waktu sekitar 3 jam. Adanya proses pengendapan, diperoleh bahwa air akan menjadi lebih jernih dari sebelumnya. Setelah proses pengendapan limbah batik yang tadinya sebanyak 500 ml menjadi bersisa 350 ml. Penyulingan Proses penyulingan dilakukan untuk mengikat/menyaring kotoran yang masih ikut terbawa setelah proses pengendapan. Penyulingan dilakukan dengan menggunakan botol yang dipotong bagian bawahnya, lalu bagian tutup dibuka. Pada botol yang telah dilubangi akan diberi bahan meliputi kapas, kerikil, pasir dan rumput. Susunannya seperti gambar disamping tetapi sebelum batu besar diberi rumput dan diatasnya diberi kapas. Setelah air disuling, air yang tadinya sebanyak 350 ml menjadi bersisa 300 ml.
Namun, metode tersebut tidak menguntungkan karena: •
•
•
•
Skala pengaplikasiannya masih belum luas karena sebagian besar diterapkan pada skala kecil saja. Jumlah sampel air atau suatu larutan yang akan kita olah kandungan zat pengotornya masih minim, sehingga jika dipakai dalam skala besar kurang efektif karena dibutuhkan instrumen yang lebih banyak. Waktu yang dibutuhkan untuk mengendapkan konsentrasi limbah dalam cairan membutuhkan waktu yang lama, sehingga kurang efisien karena jumlah sampel larutan yang akan diolah sedikit namun membutuhkan waktu yang lama. Sampel Larutan yang akan diolah limbahnya cenderung mengalami kehilangan materi yang cukup banyak. Sampel yang tersisa kira-kira hanya bersisa 60% pasca pengolahan tersebut.
4. Dapatkah anda menjelaskan metode – metode pengolahan limbah cair industri batik yang ada saat ini? Pembahasan : Metode pengolahan limbah batik saat ini terbagi menjadi dua yaitu metode secara konvensional maupun secara modern. Dengan menggunakan metode sederhana dilakukan dengan menggunakan metode Primary Treatment yang memiliki tiga tahap dalam penggunaan metodenya yaitu penetralan, pengendapan serta penyulingan. 5
Tahapan penetralan dilakukan untuk membuat pH dari limbah batik mendekati angka 7. Penetralan ini dilakukan dengan menambahkan tawas kedalam limbah batik. Dan setelah melalui percobaan maka didapatkan perbandingan bahwa 250 ml limbah batik menggunakan 1 gram tawas untuk menetralkannya. Pengendapan dilakukan untuk memisahkan residu setelah pencampuran dengan ta was. Hal ini dengan mendiamkan limbah batik selama kurang lebih 3 jam. Setelah mengedap terlihat bahwa air lebih jernih jika dibandingkan dengan sebelumnya. Setelah proses pengendapan air limbah batik yang awalnya 500 ml menjadi 350 ml. Penyulingan dilakukan untuk menyaring kotoran yang masih terbawa saat proses pengendapan. Penyulingan dilakukan dengan menggunakan botol yang kedua sisinya terbuka dan didalamnya ditambahkan kapas, kerikil, pasir serta rumput. Setelah melalui proses penyulingan air yang memiliki volume 350 ml menjadi 300 ml. Sedangkan dengan menggunakan metode modern dilakukan dengan menggunakan metode elektrokoagulasi. Metode ini menggunakan arus searah yang melewati proses elektrokimia. Parameter yang dilihat dalam menggunakan metode ini adalah perubahan konsentrasi bahan organik (COD), warna, Total Suspended Solid (TSS) dan Minyak Lemak. Proses ini dilakukan pada bejana elektrolisis yang didalamnya terdapat elektroda dan limbah cair batik menjadi larutan elektrolitnya. Reaksi yang terjadi pada proses elektrokoagulasi adalah . (1). Pada permukaan elektroda positif (anoda): Fe → Fe 2+ + 2e. (2). Sekitar elektroda: Fe2+ + 2(OH)- → Fe(OH)2 dan (3) . Pada permukaan elektroda negatif (katoda): Al 3+ +3e→Al dan 2H2O + 2e→ H2 + 2(OH)Proses elektrokoagulasi yang membentuk gas oksigen dan gas hidrogen dapat memengaruhi pereduksian COD. Gas hidrogen membantu kontaminan untuk mengapung. Hal ini dikarenakan produksi H2 menyebabkan tereduksinya material organik dan menurukan nilai COD.
5. Dapatkah anda menjelaskan bagaimana proses degradasi limbah cair tekstil/batik tersebut secara elektrokimia? Pembahasan: Degradasi dengan menggunakan metode elektrokimia digunakan adalah dengan proses oksidasi. Dimana reaksi yang terjadi adalah dengan molekul yang menerima oksigen ataupun melepas hidrogen. Selain itu juga dapat menghilangkanatom H atau pembentukan ikatan baru diantar C dan H Pada limbah cair batik dapat didegradasikan dengan menggunakan peralatan potensiometri yang dialiri arus yang dapat diatur potensialnya. Proses elektrolisis dilakukan dengan mengatur potensial dan menambahkan NaCl sebagai elektrolitnya. Elektrolisis dilakukan dengan menambahkan NaCl sebanyak 0,5 gram dan beda potensial 7,5 Volt. Penambahan NaCl yang semakin banyak proses degradasi semakin baik namun dapat membentuk senyawa baru yang berupa Benzene. Senyawa organik akan teroksidasi membentuk gas O 2 sedangkan ion H+ yang terbentuk di anoda akan menuju katoda membentuk gas H 2 ( 2H+ + 2e → H 2 ) dan Apabila terjadi oksidasi dari air dengan reaksi 2H 2O → 2OH- + 2H+ + 2e Radikal hidroksi yang terbentuk akan digunakan untuk mensubstitusi senyawa organik sehingga terbentuk senyawa yang 6
mudah teroksidasi.CxHyOz + OH - → produk dan 4OH - → 2H2O + O2 Radikal hidroksi terserap oleh permukaan elektroda dan bereaksi dengan senyawa organik membentuk air dan O2. Potensial yang diukur menggunakan elektroda rujukan yaitu elektroda kalomel jenuh. Radikal hidroksil adalah radikal utama yang melakukan inisiasi degradasi pada gugus utama senyawa azo prosesnya adalah dihasilkannya radikal fenil dan fenoksi serta oksigen akan terlarut. Kemudian terjadi abstraksi ion hidrogen dan pada radikal fenil. Keluarnya gas nitrogen yang diikuti dengan proses reduksi pada radikal cincin bensen menjadi senyawa aromatik sederhana. Gugus radikal fenoksi akan teroksidasi oleh radikal hidroksil menjadi gugus benzena. Reaksi degradasi gugus benzene menunjukkan bahwa cincin aromatik benzena akan terdegradasi menjadi radikal hidroksi sikloheksadienil, lalu akan bereaksi dengan oksigen terlarut menghasilkan hidroksi hidroperoksida yang tidak stabil yang prosesnya adalah Eliminasi satu molekul air dan pembentukan cincin aromatis dari hidroksi hidroperoksida menjadi mukondialdehid. Mukodialdehid kemudian teroksidasi menjadi asam mukanot. Terbentuknya glioksial yang kemudian teroksidasi menjadi asam karboksilat.
6. Dapatkah anda menjelaskan komponen – komponen penting dari proses elektrolisis senyawa organik yang harus diperhatikan agar reaksinya berlangsung lebih efisien dan ekonomis? Pembahasan: Komponen penting dari proses elektrolisis adalah anoda, katoda dan larutan elektrolit. Anoda dan katoda merupakan elektroda yang berfungsi mengalirkan listrik. Anoda terpolarisasi saat adanya arus yang masuk sementara katoda akan terpolarisasi ketika ada arus yang mengarah keluar. Sementara larutan elektrolit merupakan limbah cair batik/tekstil. Dikarenakan larutan ekektrolit tidak dapat di ganggu maka yang adapat diperhatikan adalah jenis elektoda yang digunakan. Dalam proses elektrolisis elektroda dibagi menjadi dua kelompok yaitu elektroda inert yang tidak dapat bereaksi ketika dalam proses reaksi dan elektroda aktif yang ikut bereaksi ketika proses reaksi. Karena hal tersebut maka dibuatlah perbandingan harga dari beberapa komponen elektroda yang termasuk golongan inert maupun aktif.
7
Elektroda
Harga per gram
Karbon (C)
Rp 16,-
Platina (Pt)
Rp 359.892,-
Emas (Au)
Rp 540.576,-
Besi (Fe)
Rp 8,45
Alumunium (Al)
Rp 25,298,-
Tembaga (Cu)
Rp 71,474
Seng (Zn)
Rp 32,853
Perak (Ag)
Rp 5.598,-
Dari data didalam tabel terlihat elektroda inert memiliki harga yang lebih mahal jika dibandingkan dengan elektroda aktif. Namun karena elektroda aktif akan ikut bereaksi dan dapat membentuk senyawa yang lain maka lebih baik dipilih jenis elektroda inert. Karbon tidak tahan terhadap seluruh larutan elektrolit dan dapat bereaksi dengan beberapa jenisnya sementara kandungan limbah cair tidak selalu sama sehingga kita memilih antara logam emas atau platina. Karena harga emas yang lebih mahal jika dibandingkan dengan platina, maka disarankan untuk memilih elektroda jenis platina jika menggunakan metoda elektrolisis. Platina dipilih juga karena tahan terhadap segala jenis larutan sehingga cocok untuk larutan elektrolisis jika terdapat kandungan yang belum dapat diketahui senyawa organiknya.
7. Apa yang membedakan proses elektrolisis dengan proses dalam sel volta? Bagaimana ciri – ciri yang khas dari keduanya? Pembahasan : Elektrolisis dan sel volta bekerja secara terbalik. Sel volta merupakan sel yang mengubah reaksi kimia menjadi energi listrik. Sementara elektrolisis merupakan proses yang memerlukan energi listrik untuk menjalankan reaksi kimia. Karena hal tersebut maka sel volta memiliki reaksi spontan dimana reaksi ini tidak memerlukan energi atau lis trik dari luar reaksi. Elektrolisis memiliki reaksi yang tidak spontan karena memerlukan energi atau listrik tambahan yang berasal dari luar reaksi. Pada sel volta anoda memiliki muatan negatif dan katodanya memiliki muatan positif. Arus listrik mengalir dari katoda menuju anoda. Contoh sel volta adalah baterai. Pada elektrolisis anoda memiliki muatan positif dan katodanya memiliki muatan negatif. Sel elektrolisis terdiri dari arus searah yang dihubungkan pada kawat penghantar pada elektroda yang ujungnya dicelupkan ke larutan elektrolit.
8
8. Bagaimana anda menentukan konstanta kesetimbangan dan kespontanan dalam suatu sel/reaksi elektrokimia? Berikan contoh perhitungan terkait ini. Pembahasan : Hubungan antara potensial sel, energi bebas dan konstanta kesetimbangan secara langsung berhubungan dalam suatu persamaan yaitu :
ΔG° = −RT ln Keq = −nFE°sel dimana : R = 8,314 J/mol K T = suhu (kelvin) n = mol dari jumlah elektron dalam reaksi redoks F = 96485 C/mol ∆G merupakan perbedaan energi bebas gibbs antara produk dan reaktan. ∆G tidak dipengaruhi oleh faktor-faktor eksternal yang dapat merubah kinetika reaksi. E°sel adalah perbedaan gaya gerak listrik antara 2 setengah sel. Semakin besar E°sel maka semakin besar pula kekuatan pendorong elektron melalui sistem maka akan semakin spontan pula reaksi yang terjadi. E°sel diukur dalam satuan volt. E°sel dan Esel adalah 2 hal yang berbeda, biar jelasnya lihat persamaan ini :
Jika persamaan diatas dibuat dalam bentuk logaritma, maka jadi seperti ini:
E°sel dapat digitung dengan persamaan : E°sel = E°(katoda) – E°(anoda) = E°(Reduksi) – E°(Oksidasi) Hubungan antara ΔG°, K, atau Eosel dapat diringkas dalam diagram sederhana dan dengan keterangan sebagai berikut :
Contoh soal dan pembahasan :
9
9. Logam Cd termasuk salah satu contoh logam berat yang terkandung dalam limbah cair industry batik. Jika dalam suatu percobaan dilakukan elektrolisis terhadap 2L larutan CdSO4, dengan menggunakan arus sebesar 10 A selama 5 jam. Maka 10
bagaimana anda menentukan : (a) Massa logam Cd di katoda; (b) Volume gas yang dihasilkan di anoda (STP) dan (c) pH larutan setelah elektrolisis. Pembahasan : Reaksi yang terjadi Katoda
: Cd 2+ + 2e- → Cd
Anoda
: 2H2O → 4H+ + 4e- +
(a) Massa logam Cd di katoda
w=
eit 96500
Keterangan : w = massa logam (gram) e = massa ekuivalen (Ar logam dibagi jumlah elektron) i = kuat arus listrik (ampere) t = durasi arus listrik dialirkan (detik) Maka, massa logam di katoda:
112,41 . 10 . 5 .60 . 60 = 2 96500 (b) Volume gas yang dihasilkan di anoda (STP)
32 . 10 .5 . 60 .60 4 = = 14,92 = 0,46 96500 () = 22,4 = 0,46 22,4 = 10,304 (c) pH larutan setelah elektrolisis mol H+ = 4 x mol O 2 = 1,84 mol
[H+] = 1,84 mol / 2 Liter = 0,92 M
pH = - log [H+] = - log 0,92 = 0,0362
11
Pemicu 2 Topik : Mengidentifikasi Senyawa Logam Berat Melalui Metode Potensiometri
1. Bagaimana anda menetapkan kemungkinan sungai itu tercemar oleh unsur logam tembaga? Logam – logam apa sajakah yang potensial` terdapat dalam perairan yang terkena limbah cair industri batik? Pembahasan : Untuk menetapkan kemungkinan suatu sungai tercemar tembaga, diperlukan pengetahuan mengenai ciri fisik perairan yang tercemar tembaga. Menurut Kelompok Kerja Air Minum dan Penyehatan Lingkungan, air yang tercemar tembaga dapat diidentifikasi dari warnanya. Air yang mengandung tembaga cenderung berwarna hijau jika diambil lalu dibiarkan. Sumber lain menyatakan bahwa suatu perairan yang tercemar tembaga akan mengalami biomagnifikasi terhadap biota-biota yang tinggal di dalamnya. Biomagnifikasi adalah proses penyerapan bahan pencemaran sebagai akibat dari tingkat konsentrasi yang melebihi batas kesetimbangan. Peristiwa biomagnifikasi pada sungai yang tercemar tembaga ditandai dengan warna kerang yang hidup di sungai tersebut cenderung kehijauan (Nurham dan A. Mu’nisa, 2010). Selain tembaga, terdapat logam lain yang memiliki kemungkinan terdapat di dalam perairan yang terkena limbah cair industri batik, yaitu krom (Cr) dan timbal (Pb). Krom terdapat pada zat pewarna batik dalam bentuk senyawa CrCl 3 atau K 2Cr 2O7, sedangkan timbal dapat ditemukan pada zat mordan, yaitu pengikat zat warna yang digunakan dalam industri batik (Muniarti, Inayati & Budiastuti, 2015).
2. Laboratorium di tempat anda memiliki sebuah pH meter/volt meter, titrator dan sebuah elektroda standar kalomel jenuh serta elektroda indicator untuk analisis tembaga. Karena tim ahli akan menilai proposal proyek ini, dapatkah anda menjelaskan usulan tentang metoda analisis untuk menentukan kandungan ion logam tembaga pada sampel yang diambil dari aliran sungai Jenes menggunakan peralatan yang ada? Lengkapi dengan informasi yang cukup jelas baik dari segi instrumentasi maupun prinsipdasara teoritis tentang metoda analisis ini. Pembahasan : Metode yang digunakan pada proyek kali ini adalah dengan menggunakan metode potensiometri. Prinsip dasar potensiometri adalah pengukuran potensial suatu larutan dengan menggunakan elektroda dengan zerro current. Hal ini berdas arkan pada pengukuran potensial listrik antara elktroda indikator dan elektroda yang dicelupkan pada larutan. Untuk mengukur potensial pada elektroda indikator harus digunakan elektroda standar yang berfungsi sebagai elektroda pembanding. Potensiometri yang digunakan adalah metode titrasi potensiometri yang cocok karena dapat menghitung pH suatu larutan walaupun larutan keruh ataupun daerah kesetaraan tidak sesuai. Analisis sistem titrasi potensiometri pada prinsipnya menggabungkan antara pengukuran potensial dan volume titran. Prinsip ini sangat berbeda dengan sistem potensiometri lansung yang hanya dengan pengukuran 12
potensial langsung. Dimana dengan menggunakan kurva yang akan menentukan titik ekuivalennya untuk mengetahui kadar ion yang terkandung didalamnya. Kadar ion yang ada dapat diperhitungkan untuk menentukan kadar pH air tersebut sehingga dari pH tersebut dapat diketahui kandungan tembaga dengan menggunakan persamaan Nerst dan perhitungan stoikiometri serta analisis secara kuantitatif. Dengan hal tersebut maka dapat diketahui bahwa air yang berada disungai sudah tercemar ataupun belum.
3. Dapatkah anda menjelaskan tentang hal – hal penting yang perlu diperhatikan dalam Teknik pengambilan sampel perairan (untuk keperluan analisis)? Pembahasan : Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam teknik pengambilan sampel perairan, khususnya air sungai, yaitu alat yang digunakan, lokasi pengambilan sampel, titik pengambilan sampel, kecenderungan homogenitas sampel, waktu pengambilan sampel, dan ukuran, jumlah, serta volume sampel. Alat yang digunakan untuk mengambil sampel harus memenuhi syarat berikut, yaitu terbuat dari bahan yang tidak memengaruhi sifat sampel (sebaiknya gelas atau plastik), mudah dicuci dari bekas sampel sebelumnya, sampel dapat dengan mudah dipindahkan ke dalam wadah lain tanpa adanya suspensi yang tertinggal, mudah dan aman dibawa, serta memiliki kapasitas penampungan yang sesuai dengan kebutuhan. Jenis-jenis alat yang dapat digunakan terbagi menjadi alat pengambil sampel sederhana, alat pengambil sampel pada kedalaman tertentu, alat pengambil sampel gabungan kedalaman, dan alat pengambil sampel otomatis (Badan Standardisasi Nasional, 2008). Lokasi pengambilan sampel dilakukan di beberapa tempat, yaitu di sumber air alamiah, sumber air tercemar, dan sumber air yang dimanfaatkan. Sumber air alamiah adalah lokasi yang belum atau sedikit terindikasi pencemaran. Sumber air tercemar adalah lokasi yang telah terindikasi mengalami pencemaran. Biasanya merupakan lokasi limbah dibuang ke sungai. Sementara itu, sumber air yang dimanfaatkan adalah lokasi warga mengambil air sungai untuk digunakan (Badan Standardisasi Nasional, 2008). Selain lokasi, titik pengambilan sampel juga diatur berdasarkan debit sungai. Pengambilan sampel pada sungai dengan debit kurang dari 5 m 3/detik dilakukan pada satu titik di tengah sungai dengan kedalaman 0.5 dari kedalaman sungai. Sementara itu, pengambilan sampel pada sungai dengan debit 5 – 150 m 3/detik dilakukan pada jarak dan
1⁄ 3
2⁄ dari lebar sungai dengan kedalaman 0.5 kali dari kedalaman sungai. Berbeda 3
dengan kedua debit tersebut, pengambilan sampel pada sungai dengan debit di atas 150 m3/detik dilakukan di minimal enam titik. Pengambilan dilakukan pada jarak
1⁄ , 1⁄ , dan 4 2
3⁄ dari lebar sungai pada kedalaman 0.2 dan 0.8 kali kedalaman sungai jika dihitung dari 4
permukaan (Badan Standardisasi Nasional, 2008). Pengambilan sampel juga dilakukan dengan mengacu kepada kecenderungan homogenitas sampel. Jika sampel cenderung homogen, digunakan metode pengambilan sampel sesaat (grab sampling). Dengan metode grab sampling, sampel hanya diambil pada satu waktu saja. Sementara itu, jika sampel cenderung heterogen, digunakan metode pengambilan sampel gabungan ( composite sampling) atau metode pengambilan sampel 13
terpadu (intergrated sampling) (Hadi, 2005). Composite sampling merupakan metode sampling yang dilakukan dengan melakukan beberapa kali grab sampling, sedangkan integrated sampling merupakan metode sampling yang dilakukan dengan mengambil sampel pada periode waktu tertentu (Lestari, 2007). Pengambilan sampel air sungai sebaiknya dilakukan pada saat arus sungai bersifat konstan, seperti tidak saat sedang hujan. Untuk memantau sungai yang terindikasi terkena pencemaran akibat industri, pengambilan sampel juga dapat dilakukan saat produksi aktif atau pada saat limbah masuk ke sungai. Beberapa hal lain yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan waktu pengambilan sampel, yaitu peraturan perundang-undangan, tingkat bahaya polutan, faktor risiko, dan dampak te rhadap lingkungan serta manusia (Hadi, 2005). Ukuran, jumlah, dan volume sampel yang diambil dipengaruhi oleh parameter yang diuji, metode pengujian yang digunakan, dan distr ibusi polutan di lingkungan (Hadi, 2005). Berdasarkan parameter yang diuji, dibutuhkan kurang lebih 2 L sampel untuk pengujian sifat fisik, 5 L untuk pengujian sifat kimia, 100 mL untuk pengujian bakteriologi, dan 0.5 — 20 L untuk pengujian biologi air
4. Bagaimana anda menjelaskan mengapa and baca di beberapa literatur bahwa bila menggunakan Teknik potensiometri langsung perlu dilakukan kalibrasi elektroda indicator terlebih dahulu. Ion-selective electrode (ISE) apakah yang anda gunakan? Pembahasan : Pada proses penetapan pH suatu larutan secara potensiometri perlu dilakukan terlebih dahulu kalibrasi elektrode indikator. Metode kalibrasi elektrode indikator ini dilakukan sebelum analisis potensiometri dilakukan untuk memberikan beberapa keuntungan seperti kesederhanaan, kecepatan dan keaplikatifan dalam penentuan nilai pH. Ion selective electrode yang digunakan untuk mendeteksi kandungan tembaga pada sungai adalah cupric ion selective electrode. Electroda ini memiliki membrane Kristal solidstate. Elektroda ini memang di desain untuk mendeteksi ion cupric (Cu 2+) di aquos dan cocok untuk penggunaan lapangan maupun laboratorium.
5. Dengan menggunakan Teknik potensiometri langsung, anda memperoleh data seperti pada gambar. Bagaimana anda menentukan konsentrasi tembaga dalam sampel? Pembahasan :
14
Ukurlah absorbansi larutan yang belum diketahui konsentrasinya. Setelah diperoleh absorbansinya, masukan nilai tersebut pada grafik. Mis alkan absorbansi yang diperoleh 0,6. Maka jika ditarik garis lurus konsentrasi sampel akan sama dengan konsentrasi larutan standar 10 ppm. Maka grafiknya sebagai berikut:
Selain dengan cara diatas konsentrasi sampel dapat dihitung dengan persamaan regresi linear: persamaan di atas dapat dihitung dengan bantuan kalkulator. Setelah diperoleh persamaan di atas, absorbansi sampel yang diperoleh dimasukan sebagai nila y sehingga diperoleh nila x. Nilai x yang diperoleh merupakan konsentrasi sampel yang dianalisis.
6. Bagaimana anda menjelaskan penentuan konsentrasi tembaga pada sampel larutan dengan teknik adisi standar? Bagaiman menjelaskan perbedaan teknik penentuan potensiometri langsung dan adisi standar? Pembahasan :
Ini merupakan contoh data yang dihasilkan melalui t eknik adisi standar. Setelah didapatkan data seperti diatas, dapat langsung dibuat grafik kalibrasi dengan ketentuan: 1. Grafik kalibrasi harus linier 2. Kurva kalibrasi analit tepat melewati asal Setelah membuat grafik, maka konsentrasi analit dapat langsung diketahui
15
7. Dalam kegiatan analisis seringkali dikaitkan dengan istilah larutan baku/standard an kurva kalibrasi, apa yang anda ketahui tentang keduanya dan mengapa diperlukan dalam kegiatan ini? Pembahasan : Larutan baku/larutan standar adalah larutan yang konsentrasinya sudah diketahui. Larutan baku biasanya berfungsi sebagai titran se hingga ditempatkan buret, yang sekaligus berfungsi sebagai alat ukur volume larutan baku. Larutan yang akan ditentukan konsentrasinya atau kadarnya, diukur volumenya dengan menggunakan pipet volumetri dan ditempatkan di erlenmeyer. a. Larutan baku primer Larutan yang mengandung zat padat murni yang konsentrasi larutannya diketahui secara tepat melalui metode gravimetri (perhitungan massa), dapat digunakan untuk menetapkan konsentrasi larutan lain yang belum diketahui. Nilai konsentrasi dihitung melalui perumusan sederhana, setelah dilakukan penimbangan teliti dari zat pereaksi tersebut dan dilarutkan dalam volume tertentu. b. Larutan baku sekunder Larutan suatu zat yang konsentrasinya tidak dapat diketahui dengan tepat karena berasal dari zat yang tidak pernah murni. Konsentrasi larutan ini ditentukan dengan pembakuan menggunakan larutan baku primer, biasanya melalui metode titrimetri. Contoh: AgNO3, KmnO4, Fe(SO4)2 Kurva kalibrasi yaitu kurva antara absorbansi dengan panjang gelombang. Kurva ini dapat menentukan panjang gelombang maksimum, terlihat dari bentuk kurvanya pada bagian atas. Akan tetapi, pengukuran kurva kalibrasi ini didasarkan pada konsentrasi yang dihasilkan dari metode iodimetri dan panjang gelombang maksimumnya, sehingga diperoleh kurva kalibrasi yang linier. Tujuan kalibrasi adalah untuk mencapai ketertelusuran pengukuran. Hasil pengukuran dapat dikaitkan atau ditelusur sampai ke standar yang lebih 16
teliti atau tinggi (standar primer nasional atau internasional) melalui rangkaian perbandingan yang tidak terputus, dalam artian standar ukur itu akan lebih baik apabila berupa standar yang rantainya mendekati SI sehingga tingkat ketidakpastian (error) makin kecil.
8. Untuk mendapatkan hasil analisis yang akurat, hal – hal apa sajakah yang harus diperhitungkan/dipertimbangkan? Pembahasan : Ketika akan melakukan analisis kimia terhadap suatu sampel, maka harus dilakukan beberapa tahapan analisis agar diperoleh hasil yang akurat dan teliti. Dalam ilmu kimia analitik terdapat lima tahapan yang dapat dilakukan, di antaranya sebagai berikut. 1. Tahap Perencanaan Analisis Tahapan awal ini harus selalu dilakukan agar setiap proses analisis yang dilakukan menjadi terarah. Tahap perencanaan ini disebut juga sebagai tahapan panduan untuk melakukan kegiatan analisis. Untuk mendapatkan hasil analisis yang akurat, maka harus diperhatikan beberapa hal berikut, yaitu: • Data dan informasi sampel yang akan dianalisis. • Metode analisis yang akan digunakan. 2. Tahap Pengambilan Sampel Kegiatan pengambilan sampel dalam kajian ilmu kimia analitik disebut juga sebagai sampling. Tahapan ini sangat penting dilakukan terutama sekali jika akan melakukan analisis dengan metode kuantitatif. Sampel yang diambil dalam tahapan ini harus mewakili keseluruhan materi yang nantinya akan dianalisis. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pengambilan sampel adalah titik pengambilan sampel, jarak antara titik pengambilan sampel, dan penghomogenan terhadap sampel hasil sampling. 3. Tahap Persiapan Sampel untuk Dianalisis Sampel yang diambil di alam banyak yang bentuknya masih berupa padatan. Oleh karena bentuk ini sukar untuk dianalisis, maka sampel berupa padatan harus diubah dulu menjadi bentuk yang mudah dianalisis. Terdapat beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mempersiapkan sampel sehingga mudah dianalisis. Di antaranya sebagai berikut. a. Metode Pengeringan Sampel Metode pengeringan ini dilakukan untuk menghilangkan kadar air yang terdapat dalam suatu sampel. Pengeringan ini biasanya dilakukan dengan memanaskan sampel padatan pada suhu 100-110°C sampai diperoleh berat yang konstan. b. Metode Pengukuran Berat (volume) Sampel Untuk mengetahui berat dan volume sampel dapat dilakukan menggunakan metode penimbangan. Metode ini penting sekali dilakukan ketikan akan mengidentifikasi sampel secara kuantitatif. c. Metode Pelarutan Sampel Metode pelarutan ini dilakukan agar proses analisis mudah dilakukan apalagi jika sampelnya masih dalam bentuk padatan. Pelarut yang digunakan untuk melarutkan sampel harus sesuai agar sampel dapat melarut secara sempurna. 17
4. Tahap Pengukuran Sampel Tahapan pengukuran merupakan tahapan yang paling penting dalam melakukan analisis kimia. Konsep dasar yang harus dipahami dalam melakukan pengukuran adalah sifat dari suatu zat yang akan dianalisis itu sendiri. Baik itu sifat kimia maupun sifat fisikanya. Pengukurannya dapat dilakukan dengan metode analisis volumetri (volum) atau analisis gravimetri (berat). Selain itu dapat juga dilakukan pengukuran dengan menggunakan instrumwn laboratorium yang lebih canggih. 5. Tahap Perhitungan dan Pelaporan Data Tahapan ini dilakukan untuk mengetahui kadra analit yang terdapat dalam suatu sampel. Apabila hasil perhiatungan sudah dapat dipertanggungjawabkan, maka harus dilakukan pelaporan data. Biasanya data yang dilaporkan harus dibuat dalam bentuk tertulis dengan mencantumkan hasil analisisnya.
18
BAB III KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan yang telah dijabarkan dalam makalah ini, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: •
•
•
•
•
•
Limbah cair industri tekstil memiliki kandungan logam berbahaya yang berpotensi merusak ekosistem yang ditandai dengan kenaikan COD ( Chemical Oxygen Demmand ) Pengolahan limbah industri tekstil dengan metode konvensional dirasa sudah tidak efektif sehingga perlu diterapkan pengolahan dengan teknologi modern, seperti elektrolisis. Metode elektrolisi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu jenis elektroda, beda potensial, jenis larutan yang digunakan dan keadaan reaksi. Prinsip titrasi potensiometri yaitu menggabungkan antara pengukuran potensial dan volume titran. Metode potensiometri langsung dilakukan dengan pembuatan kurva yang akan menentukan titik ekuivalen dari kadar ion dengan menggunakan persamaan Nerst dan perhitungan stoikiometri serta analisis secara kuantitatif Terdapat beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam melakukan pengambilan sampel perairan, khususnya air sungai, yaitu alat yang digunakan, lokasi pengambilan sampel, titik pengambilan sampel, kecenderungan homogenitas sampel, waktu pengambilan sampel, dan ukuran, jumlah, serta volume sampel.
19
DAFTAR PUSTAKA
Badan Standardisasi Nasional. 2008. Air dan Air Limbah – Bagian 57: Metode Pengambilan Contoh Air Permukaan. Standar Nasional Indonesia, Jakarta: ii + 19 hlm. Hadi, A. 2005. Prinsip Pengelolaan Pengambilan Sampel Lingkungan. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Hertiyani, N. 2016. Pemanfaatan Lumpur Aktif Untuk Menurunkan Seng (Zn) Dalam Limbah Cair Pewarna Indigosol Pada Industri Batik Dengan Penambahan Bakteri Indigenus. Skripsi S-1 Program Studi Biologi Universitas Atma J aya Yogyakarta, Yogyakarta: xvi + 127 hlm. Kelompok Kerja Air Minum dan Penyehatan Lingkungan. 2010. Deteksi Air Tercemar dari Warnanya, dalam http://www.ampl.or.id/digilib/read/deteksi-air-tercemar-dariwarnanya/22049, diakses pada 25 September 2017 pukul 20.05 WIB. Laksono, S. 2012. Pengolahan Biologis Limbah Batik Dengan Media Biofilte r. Skripsi S-1 Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Indonesia, Depok: xiv + 128 hlm. Lestari, F. 2007. Bahaya Kimia: Sampling dan Pengukuran Kontaminan Kimia di Udara. Buku Kedokteran EGC, Jakarta: xxi + 237 hlm. Muniarti, T., Inayati & S. Budiastuti. (2015). Pengelolaan Limbah Cair Industri Batik Dengan Metode Elektrolisis Sebagai Upaya Penurunan Tingkat Konsentrasi Logam Berat Di Sungai Jenes, Laweyan, Surakarta, Jurnal Ekosains 7(1): 77 — 83. Nurham & A. Mu’nisa. (2010). Analisis Cemaran Logam Berat Tembaga (Cu) pada Ikan Tembang (Sardinella gibbosa) yang Dipasarkan di Makassar. Bionature 11(2): 61 — 64. Santoso, W. Y. 2014. Kajian Yuridis Tentang Pengendalian Limbah Batik Di Kota Yogyakarta. Tesis S-2 Program Studi Ilmu Hukum Universitas Gadjah Mada, Magelang: x + 80 hlm. Tau.ac.il. (2017). In many cases the intensity of the signal of the analyte is affected bythe composition of the matrix, by the temperature and. [online] Available at: https://www.tau.ac.il/~advanal/StandardAdditionsMethod.htm [Accessed 2 Oct. 2017]. Anonim, Perencanaan Teknik Pengelolaan Pencemaran Industri Sekala Kecil Sentra Batik DIY, Balai Besar Penelitian dan Perkembangan Industri Kerajinan dan Batik. Yogyakarta, 1997. Riyanto.2012.Elektrokimia Dan Aplikasinya.Yogyakarta: Graha Ilmu. Yulianto,Andik dan Luqman Hakim.2009. Pengolahan Limbah Cair Industri Batik Pada Skala Laboratorium Dengan Menggunakan Metode Elektrokoagulasi.Yogyakarta: Jurusan Teknik lingkungan,Universitas Islam Indonesia Yogyakarta.
20
harga emas, perak dan platina diakses dari Iloveemas.com/ha pada tanggal 18 September 2017 pukul 19.00 harga karbon aktif grade 1 diakses dari Sinarkimia.com pada tanggal 18 September 2017 pukul 19.10 harga besi aluminium seng tembaga diakses dari Market.bisnis.com pada tanggal 18 September 2017 pukul 19.15 Suyanta. 2013.Potensiometri.Yogyakarta:UNY Press Chang, R. and Goldsby, K. (2014). General chemistry. New York, NY: McGraw Hill. Scribd. (2017). Larutan Baku Primer dan Sekunder. [online] Available at: https://www.scribd.com/doc/124279342/Larutan-Baku-Primer-dan-Sekunder [Accessed 25 Sep. 2017].
21
