PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA ADSORBSI LOGAM KROMIUM (IV) OLEH BIOMASSA CHARA FRAGILIS MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI SERAPAN ATOM BIDANG KEGIATAN:

Transkripsi

1 PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA ADSORBSI LOGAM KROMIUM (IV) OLEH BIOMASSA CHARA FRAGILIS MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI SERAPAN ATOM BIDANG KEGIATAN: PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA GAGASAN TERTULIS (PKM-GT) Oleh: NURUL KHOTIMAH M tahun angkatan 2007 FITRIA HASTAMI M tahun angkatan 2007 ZUHDI ISMAIL M tahun angkatan 2008 UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

2 HALAMAN PENGESAHAN 1. Judul Kegiatan : Adsorbsi Logam Kromium (IV) Oleh Biomassa Chara fragilis Menggunakan Spektroskopi Serapan Atom 2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-AI ( ) PKM-GT 3. Ketua Pelaksana Kegiatan a. Nama Lengkap : Nurul Khotimah b. NIM : M c. Jurusan : Fisika d. Universitas : Universitas Sebelas Maret Surakarta e. Alamat Rumah dan No Telp./HP : Tempel RT 1/ RW V, Toriyo, Bendosari, Sukoharjo/ f. nurulboo@yahoo.co.id 4. Anggota Pelaksana : 2 orang 5. Dosen Pendamping a. Nama Lengkap dan Gelar : Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D b. NIP : c. Alamat Rumah dan No Telp./HP : Perumahan Klodran Indah Barat E Surakarta, 15 Maret 2010 Menyetujui, Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS Ketua Pelaksana Drs. Harjana, MSc, Ph.D NIP Pembantu Rektor III UNS Nurul Khotimah NIM. M Dosen Pendamping Drs. Dwi Tiyanto, SU NIP Ir. Ari Handono Ramelan M.Sc, Ph. D NIP

3 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum wr.wb. Puji syukur kami panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya, sehingga kami dapat mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis (PKM-GT) ini. PKM merupakan salah satu bentuk upaya yang dilakukan Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DP2M), Ditjen Dikti dalam meningkatkan kualitas peserta didik (mahasiswa) di perguruan tinggi. Dalam penyelesaian gagasan tertulis ini kami berterima kasih kepada : 1. Universitas Sebelas Maret, selaku Perguruan Tinggi yang telah memberi kesempatan untuk menggikuti PKM. 2. Drs. Dwi Tiyanto, SU selaku pembantu Rektor III Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Drs. Harjana, MSc, Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika MIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta. 4. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing dalam penyusunan gagasan tertulis. 5. Teman-teman jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberi semangat dan bantuan. Yang mana telah membantu kami sehingga dapat menyusun gagasan tertulis ini, kami mohon maaf jika dalam penyusunan gagasan tertulis ini terdapat kata-kata yang kurang bermanfaat. Akhir kata penyusun berharap semoga gagasan tertulis ini bermanfaat bagi pembaca dan penyusun khususnya. Wassalamu alaikum wr.wb. Penyusun

4 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... RINGKASAN... i ii iii iv v A. PENDAHULUAN 1. LATAR BELAKANG TUJUAN DAN MANFAAT... 2 B. GAGASAN... 2 C. KESIMPULAN... 8 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR RIWAYAT HIDUP LAMPIRAN

5 RINGKASAN Krom merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Kromium (II) sampai Kromium (VI), tetapi hanya krom bervalensi tiga dan enam memiliki kesamaan sifat biologinya. Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam, dan dalam material biologis krom selalu berbentuk tiga valensi. Krom enam valensi merupakan salah satu material organik pengoksida tinggi. Krom tiga valensi memiliki sifat racun yang rendah dibanding dengan enam valensi (Suhendrayatna, 2008:2). Efek yang ditimbulkan bila krom terakumulasi dengan jumlah yang besar dalam tubuh adalah dapat menyebabkan berbagai macam penyakit antara lain: kanker paru-paru, pelubangan jantung, dermatitis, alergi dan iritasi apabila terkena mata (Juli Soemirat Slamet, 1996:115). Disini alga dalam bentuk mati (biomassa) lebih dipilih karena memiliki beberapa kelebihan diantaranya, tidak tergantung pada pertumbuhan sel, tidak berpengaruh pada terbatasnya sifat toksisiti dari ion logam berat serta tidak memerlukan nutrisi, sangat cepat dan efisien, biomassa memiliki kemampuan setara dengan penukar ion, logam dapat segera dipisahkan dari biomassa dan direcoveri kembali, sistem mudah dirancang dengan perhitungan matematis. Dilihat dari struktur Chara fragilis selulosa berpotensi cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Biomassa Chara fragilis dapat menyerap logam kromium (VI), sehingga proses ini dapat dijadikan alternatif solusi penanganan pencemaran logam berat kadmium dan kromium.

6 A. PENDAHULUAN 1. LATAR BELAKANG Bidang industri telah mengalami kemajuan yang sangat pesat. Bukan hanya industri yang berskala besar namun juga industri yang berskala kecil atau industri rumah tangga. Namun perkembangan yang pesat ini memberikan efek yang buruk. Efek tersebut diantaranya pembuangan limbah industri ke lingkungan tanpa memperhatikan akibat yang ditimbulkan oleh limbah tersebut. Salah satu contoh pencemaran karena buangan industri adalah pencemaran yang ditimbulkan oleh limbah yang mengandung logam berat terlarut yang cukup tinggi, yakni limbah yang dihasilkan oleh industri tekstil. Produksi tekstil dari bahan baku kapas melalui serangkaian proses. Serangkaian proses tersebut adalah: pembersihan, pemintalan, penentuan ukuran, penenunan, pencucian, pengelantangan pewarnaan dan akhirnya menghasilkan produk akhir tekstil. Dalam proses produksi tekstil tersebut ada proses pengelantangan dan proses pewarnaan. Di dalam proses pengelantangan dan pewarnaan tersebut diantaranya menggunakan K 2 Cr 2 O 7 dan pewarna yang mengandung krom. Dengan penggunaan zat ini, maka akan menghasilkan limbah logam berat yang berbahaya yaitu krom. Krom merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Kromium (II) sampai Kromium (VI), tetapi hanya krom bervalensi tiga dan enam memiliki kesamaan sifat biologinya. Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam, dan dalam material biologis krom selalu berbentuk tiga valensi. Krom enam valensi merupakan salah satu material organik pengoksida tinggi. Krom tiga valensi memiliki sifat racun yang rendah dibanding dengan enam valensi (Suhendrayatna, 2008:2). Efek yang ditimbulkan bila krom terakumulasi dengan jumlah yang besar dalam tubuh adalah dapat menyebabkan berbagai macam penyakit antara lain: kanker paru-paru, pelubangan jantung, dermatitis, alergi dan iritasi apabila terkena mata (Juli Soemirat Slamet, 1996:115). Disini alga dalam bentuk mati (biomassa) lebih dipilih karena memiliki beberapa kelebihan diantaranya, tidak tergantung pada pertumbuhan sel, tidak

7 berpengaruh pada terbatasnya sifat toksisiti dari ion logam berat serta tidak memerlukan nutrisi, sangat cepat dan efisien, biomassa memiliki kemampuan setara dengan penukar ion, logam dapat segera dipisahkan dari biomassa dan direcoveri kembali, sistem mudah dirancang dengan perhitungan matematis. 2. TUJUAN DAN MANFAAT Untuk menurunkan kadar krom sehingga dapat memenuhi syarat baku mutu limbah cair yang dapat dibuang ke badan air oleh biomassa Chara fragilis menggunakan spektroskopi atom. Dapat memenuhi Peraturan Daerah Propinsi Jawa Tengah No. 10 Tahun 2004 mengenai baku mutu air limbah, kadar maksimum Kromium (VI) yang diperbolehkan dalam perairan bebas adalah 0,1 ppm. B. GAGASAN Telah dilakukan penelitian biosorpsi logam Cr pada biomassa alga hijau Chara fragilis sp (ganggang karang). Penelitian ini meliputi Optimasi waktu kontak adsorben terhadap logam berat kadmium (II) dalam larutannya, berat kering optimum biosorben, konsentrasi adsorbat dan ph optimum antara adsorben dan adsorbat dalam proses penyerapan logam kadmium (II) dalam larutannya. Chara fragilis sp yang telah dijadikan biomassa dikontakkan dengan kadmium (II) dalam larutannya dengan variasi, waktu kontak, massa adsorben, konsentrasi adsorbat dan ph optimum, selanjutnya ditentukan kapasitas adsorpsi biomassa Chara fragilis pada kondisi optimum. Observasi yang dilakukan adalah eksperimen dengan melakukan percobaan di laboratorium. Alat yang digunakan yaitu peralatan gelas, neraca analitik, pipet volume, pipet tetes, oven listrik, saringan 100 mesh, AAS Hitachi Polarized Zeeman. Bahan yang digunakan HNO 3 pekat, Chara fragilis, Larutan Kromium (VI) 6+, Larutan NaOH 1 M, Aquadest. Adapun prosedur penelitiannya sebagai berikut: a. Penyiapan Biomassa

8 Chara Fragilis dibersihkan, dikeringkan dalam suhu kamar kemudian dioven 100 o C selama 1 jam, selanjutya dihaluskan dengan ayakan 110 mesh. b. Penentuan waktu kontak optimum Kedalam 13 buah erlenmeyer dimasukkan masing-masing 1 gram biomassa dan ditambahkan 100 ml larutan Kromium (VI) 10 ppm, campuran diaduk selama 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105, dan 120 menit. Selanjutnya disaring dan filtratnya dianalisis dengan AAS. c. Penentuan massa optimum biomassa Kedalam 5 buah erlenmeyer dimasukkan masing-masing 0.5, 1, 2, 3 dan 4 gram biomassa setelah itu menambahkan 100 ml larutan Kromium (VI) 10 ppm, kemudian diaduk selama waktu kontak optimum. Setelah itu disaring, dan filtratnya diukur dengan AAS. d. Penentuan konsentrasi optimum larutan Kedalam 6 buah erlenmeyer dimasukkan masing-masing sebanyak massa optimum biomassa dan ditambahkan 100 ml larutan Kromium (VI) dengan konsentrasi berturut-turut 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 ppm. Kemudian diaduk selama waktu kontak optimum. Setelah itu disaring dan filtratnya diukur dengan AAS. e. Penentuan ph optimum Kedalam 5 buah erlenmeyer dimasukkan masing-masing sebanyak massa optimum biomassa dan ditambahkan 100 ml larutan Kromium (VI) dengan konsentrasi optimum yang didapat dari percobaan sebelumnya. ph larutan masing-masing 2, 4, 6, 8 dan 10. dengan penambahan HNO 3 1 M atau NaOH 1 M. Kemudian diaduk selama waktu kontak, selanjutnya disaring dan filtratnya dianalisis dengan AAS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biomassa Chara fragilis dapat mengadsorpsi logam kadmium (II) dalam larutannya dengan waktu kontak optimum 20 menit, massa adsorben 1 gram, konsentrasi adsorbat 10 ppm, dan ph optimum 6. Kapasitas biosorpsi alga Chara fragilis sp terhadap logam kadmium yaitu 95,77 %.

9 Biomassa yang digunakan adalah biomassa Chara fragilis yang memiliki ciri hidup di air tawar terutama melekat pada batu-batuan. Tubuh Chara fragilis tersusun atas selulosa yang memiliki gugus aktif OH yang mempu mengikat ion logam berat. Selain itu Chara fragilis dipilih karena mudah didapat dan jumlahnya banyak. Agar kemampuan adsorbsi Chara fragilis terhadap Kromium (VI) menjadi maksimal maka perlu dilakukan pengeringan dalam oven selama 1 jam pada suhu 110 o C. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan air yang berada di dalam Chara fragilis karena pada suhu 110 o C dimungkinkan seluruh air yang ada telah habis menguap. Apabila suhu terlalu tinggi dikhawatirkan komposisi kimia yang ada di dalam Chara fragilis telah berubah. Sehingga mempengaruhi adsorbsi terhadap Kromium (VI). Setelah dikeringkan kemudian dihaluskan dan diayak dengan ayakan 100 mesh untuk memperluas bidang penyerapan. Biomassa Chara Fragilis dapat mengadsorbsi Kromium (VI) karena Chara fragilis mengandung selulosa pada dinding selnya Gambar 1. Struktur kimia selulosa Dilihat dari strukturnya selulosa berpotensi cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar. Mekanisme jerapan yang terjadi antara gugus OH yang terikat pada permukaan dengan ion logam bermuatan positif (kation) merupakan mekanisme pertukaran ion yang dapat dilihat pada gambar.

10 YO OY Y - OH + Kromium (VI) 6+ YO Kromium (VI) OY + 6 H + YO Gambar 2. Mekanisme pertukaran ion antara ion Kromium (VI) dan gugus OH OY Y adalah matriks tempat gugus OH terikat. Imteraksi antara gugus OH dengan ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom oksigen (O) pada gugus OH mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimilki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu senyawa kompleks. Ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif pada zat organik dengan molekul dapat dijelaskan sebagai perilaku interaksi asam-basa lewis yang menghasilkan kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem adsorpsi larutan ion logam, interaksi tersebut ditulis: [GH] + Cr 6+ [GCr] + 6H + Gambar 3. Reaksi gugus aktif pada selulosa dengan ion kromium (VI). Dengan GH adalah gugus fungsional yang terdapat pada Chara fragilis. GH adalah gugus fungsional yang terdapat pada Chara fragilis. Pengaruh Waktu Kontak terhadap Adsorbsi Cr dalam larutan % Cr terserap waktu kontak dalam menit penurunan Gambar 3. Pengaruh waktu kontak terhadap adsorbsi Kromium (VI) dalam larutan. Dari gambar 3 tersebut dapat dilihat bahwa waktu optimum adsorbsi Kromium (VI) oleh biomassa adalah pada menit ke-10 sebesar 23,96 % kemudian turun dan naik lagi secara dratis pada menit keempat puluh. Hal ini

11 terjadi karena kesetimbangan adsorbsi dan desorbsi Kromium (VI) mulai terbentuk. Dari gambar 4 ini dapat dilihat juga bahwa grafik yang terbentuk tidak beraturan. Hal ini terjadi karena karakteristik logam Cr itu sendiri. Pada ph 6 kesetimbangan logam Cr tidak stabil karena terdapat reaksi: 2-2 CrO 4 + 2H + 2- Cr 2 O 7 + H 2 O Sehingga peristiwa adsorbsi dan desorbsi berubah-ubah sampai terbentuk kesetimbangan. Ion kromat yang terbentuk lebih stabil dari ion dikromat. Hal ini menyebabkan ion kromat sulit diikat oleh gugus hidroksil yang dimiliki oleh Chara Fragilis. Perubahan lingkungan sedikit saja dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia Cr yang berbentuk. Pengaruh massa adsorben terhadap adsorbsi Cr(VI) dalam larutan % Cr(VI) terserap massa adsorben (gram) penurunan Gambar 4. Pengaruh massa adsorben terhadap adsorbsi Kromium (VI) dalam larutan. Dari gambar 4 diatas dapat dilihat bahwa massa adsorben optimum diperoleh pada penambahan 1 gram biomassa. Dengan penambahan 1 gram biomassa diperoleh penurunan maksimum sebesar 23,91 %. Penambahan biomassa menurunkan persentase Cr terserap. Hal ini terjadi karena biomassa terlalu cepat jenuh sehingga pada menit kesepuluh sudah terjadi peristiwa desorbsi. Dan pada menit kesepuluh ini, ion dikromat sudah banyak yang berubah menjadi ion kromat. Sehingga sulit diikat oleh gugus hidroksil pada selulosa. % Cr terserap Pengaruh Konsentrasi adsorbat terhadap adsorbsi Cr(VI) dalam larutan % PENURUNAN Konsentrasi (ppm)

12 Gambar 5. Pengaruh konsentrasi adsorbat terhadap adsorbsi Kromium (VI). Dari gambar 5 menunjukkan bahwa jika konsentrasi awal Kromium (VI) dinaikkan maka laju adsorbsinya turun. Semakin besar konsentrasi awal Kromium (VI) berarti jumlah molekul yang berada pada larutan makin banyak pula dan kemampuan biomassa untuk mengadsorbsi semakin kecil. Pada konsentrasi awal 6,134 ppm, biomassa mampu mengadsorbsi Kromium (VI) sampai 34,9%, dan pada konsentrasi yang semakin besar kemampuan biomassa untuk mengadsorbsi Kromium (VI) semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa proses adsorbsi Kromium (VI) pada konsentrasi rendah mempunyai laju yang lebih cepat. Pengaruh ph terhadap adsorbsi Cr(VI) dalam larutan 40 % Cr(VI) terserap penurunan ph Gambar 6. Pengaruh ph terhadap adsorbsi Kromium (VI) dalam larutan. Dari gambar 7 diatas dapat dilihat bahwa ph optimum yang diperoleh adalah ph 6. dengan penurunan kadar Kromium (VI) sebesar 25,20%. Hal ini terjadi karena pada ph asam konsentrasi H + pada larutan semakin banyak. Dari persamaan reaksi adsorbsi Kromium (VI) dihasilkan ion H + sehingga dengan semakin banyaknya proton (H + ) maka keseimbangan akan bergeser ke kiri dan laju adsorbsi Kromium (VI) semakin menurun. Semakin besar ph lingkungan akan mengubah ion dikromat menjadi Cr +3. Ion Cr +3 merupakan ion yang mudah mengendap. Pada ph yang tinggi konsentrasi OH - larutan juga tinggi sehingga ion Cr lebih mudah mengikat OH - daripada berikatan dengan adsorben. Peristiwa ini terjadi karena jari-jari ion Cr berubah-ubah karena pengaruh ph. Sehingga ion Cr yang terbentuk pun bermacam-macam.

13 C. KESIMPULAN Dilihat dari struktur Chara fragilis selulosa berpotensi cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Biomassa Chara Fragilis dapat menyerap logam kromium (VI), sehingga proses ini dapat dijadikan alternatif solusi penanganan pencemaran logam berat kadmium dan kromium.

14 DAFTAR PUSTAKA Juli Soemirat Slamet Kesehatan Lingkungan. Yogyakarta: UGM Press. Mahida, U. N Pencemaran Air dan Pemanfaatan limbah Industri. Jakarta: Rajawali. Rasid Djufri, dkk Teknologi Pengelantangan, Pengelantangan, Pencelupan dan Pencapan. Bandung: ITB Press. Srikandi Fardiaz Polusi Air dan Udara. Yogyakarta: Kanisius. Suhendrayatna Bioremoval Logam Berat dengan Menggunakan Mikroorganisme: Suatu Kajian Kepustakaan. Seminar on-air Bioteknologi Untuk Indonesia Abad 21. Sinergy Forum-PPI Tokyo Institute of Technology 1-14 February Vogel Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro. Jakarta: PT. Kalman Media Pustaka. Wisnu Arya Wardhana Dampak Pencemaran Lingkungan. Yogyakarta: Penerbit Andi Yogyakarta.

15 DAFTAR RIWAYAT HIDUP 1. Ketua Pelaksana Nama Lengkap : Nurul Khotimah NIM : M Tempat, Tanggal Lahir : Sukoharjo, 17 Juni 1990 Jenis Kelamin : Perempuan Alamat Rumah : Tempel RT 1/ Rw 5, Toriyo, Bendosari, Sukoharjo No. Telepon : Riwayat Pendidikan : SD : SDN Gayam 3 Sukoharjo SMP : SLTP N 3 Sukoharjo SMA : SMA N 3 Sukoharjo PT : Fisika FMIPA UNS Riwayat Organisasi : Staff Dept. Danus HIMAFIS FMIPA UNS 2009 ( ) 2. Anggota Pelaksana a. Nama Lengkap : Fitria Hastami NIM : M Tempat, Tanggal Lahir : Boyolali,9 Desember 1989 Jenis Kelamin : Perempuan Alamat rumah : Kliwonan RT 01/ VII, Jeron, Nogosari, Boyolali No. Telepon : / Riwayat Pendidikan : SD : SDN Purworejo SMP : SLTP N 1 Gondangrejo SMA : SMA N 5 Surakarta PT : Fisika FMIPA UNS Riwayat Organisasi : - Staff HAL BEM FMIPA 2007/2008

16 - Staff Dept. Humas Himafis FMIPA UNS 2007/ Staff Dept. Danus Himafis FMIPA UNS 2008/2009 ( ) b. Nama Lengkap : Zuhdi Ismail NIM : M Tempat, Tanggal Lahir : Boyolali, 18 September 1990 Jenis Kelamin : Laki-laki Alamat rumah : Pomahan, RT 03/III, Pulutan, Nogosari, Boyolali No. Telepon : Riwayat Pendidikan : SD : SD Negeri 3 Pulutan SMP : MTs Muhammadiyah 2 Kalijambe SMA : SMA Negeri 4 Surakarta PT : Fisika FMIPA UNS Riwayat Organisasi : - Staff Dept. PSDM BEM FMIPA UNS Staff Dept. POSDM HIMAFIS FMIPA UNS 2009 ( ) 3. Nama Dan Biodata Dosen Pendamping 1. Nama Lengkap dan Gelar : Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D 2. Golongan, Pangkat dan NIP : IVa, Pembina, Jabatan Fungsional : Lektor Kepala 4. Jabatan Struktural : PDI FMIPA-UNS 5. Fakultas/ Program Studi : FMIPA/ Fisika 6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret 7. Bidang Keahlian : Fisika Material 8. Waktu kegiatan PKM : 2 jam/ minggu ( )