Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M. Eng. Otta Richard Bena Pinem ( ) Taufiq Fajar Sani ( )

Transkripsi

1 Pemisahan Logam Berat Cu dan Cd dari Larutan Logam Sintetis dan Air Limbah Industri dengan Menggunakan Biomassa Chlorella Vulgaris dan Biomassa Chlorella Vulgaris yang Terimmobilisasi sebagai Adsorben. Otta Richard Bena Pinem ( ) Taufiq Fajar Sani ( ) Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M. Eng.

2 PENDAHULUAN

3 Latar Belakang Pertumbuhan Industri di Indonesia berkembang cukup pesat. Tahun (2013) : pertumbuhan sektor Industri mencapai 7% (urutan 2 Asia). (Kementrian Perindustrian) Menghasilkan limbah B3 cair Limbah logam berat 1

4 Latar Belakang 1 2 Fisika Kimia Limbah logam berat 3 Biologi 2

5 Latar Belakang Pengolahan limbah alternatif secara biologi Jamur Bakteri mikroalga 3

6 Latar Belakang Chlorella Vulgaris Mikroalga 4

7 Latar Belakang Mikroalga yang digunakan berupa biomassa atau alga mati. Keuntungan pemanfaatan alga dalam bentuk biomassa mati sebagai biosorben dikarenakan kemampuannya yang cukup tinggi dalam mengadsorpsi logam berat. Kemampuan tersebut dimiliki karena di dalam alga terdapat gugus fungsi yang dapat melakukan pengikatan dengan ion logam (F.Gonzalez, 2006). Gugus fungsi tersebut terutama gugus karboksil, hidroksil, amina, sulfudril, imadazol, sulfat dan sulfonat yang terdapat dalam dinding sel (Al-Rub,2006; Crist et al., 2007). 5

8 Rumusan masalah 1. Limbah logam berat merupakan limbah B3 yang dapat mencemari lingkungan. Proses pengolahan yang umum digunakan adalah proses fisika dan kimia yang mempunyai efek samping dalam pengolahannya, 2. Alga merupakan mikroorganisme yang mempunyai kemampuan sebagai biosorben dan keberadaanya banyak terdapat di perairan sehingga mudah didapatkan 3. Keefektifitasan Alga belum banyak diketahui dan dimanfaatkan sebagai biosorben logam berat 6

9 Tujuan 1. Mempelajari efektifitas penyerapan ion logam oleh biomassa alga dan biomassa alga terimmobilisasi. 2. Mempelajari pengaruh beberapa parameter terhadap penyerapan logam oleh biomassa alga dan biomassa alga terimmobilisasi. 3. Membandingkan penyerapan logam oleh biomassa alga dan biomassa alga terimmobilisasi pada larutan logam sintetis dan air limbah industri. 7

10 Batasan Masalah 1. Jenis alga yang digunakan dalam penelitian ini adalah alga hijau Chlorella Vulgaris 2. Penelitian ini dilakukan hanya sampai tahap reduksi kadar ion logam oleh biomassa alga dan biomassa alga terimmobilisasi 3. Jenis logam yang digunakan dalam penelitian ini adalah tembaga dan cadmium 4. Air limbah yang digunakan adalah air limbah PT.SIER Surabaya 8

11 Manfaat Penelitian 1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi solusi alternatif bagi pengolahan logam berat dan memberikan informasi tentang potensi alga hijau. 2. Sebagai bahan referensi atau rujukan bagi pengolahan limbah skala industri. 3. Sebagai bahan referensi dan informasi bagi penulis selanjutnya yang tertarik untuk mengkaji dan meneliti tentang biosorbsi oleh biomassa alga dan biomassa alga terimmobilisasi. 9

12 TINJAUAN PUSTAKA

13 Chlorella Vulgaris Cahaya Divisi Kelas Ordo Famili Genus Spesies : Chlorophyta : Trebouxiophyceae : Clorellales : Chlorellaceae : Chlorella : Chlorella Vulgaris Karbon dioksida Nutrien Elemen makro : C, H, O, P, K, N, S, Ca, Fe, Mg Elemen mikro. : Mn, Bo, Zn, Cu, dan Co Suhu Pertumbuhan optimal : suhu 31⁰C - 32⁰C dengan suhu maksimum 34 ⁰ C sampai 36 ⁰ C ph ph untuk panen yang baik adalah kisaran ph 7 ( 2013) 10

14 Chlorella Vulgaris Struktur dinding sel Chlorella Vulgaris tersusun atas lapisan pektin dan selulosa. Struktur selulosa pada dinding sel Chlorella Vulgaris berpotensi cukup besar untuk dijadikan sebagai penangkap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat ( 2013) 11

15 Chlorella Vulgaris Adanya gugus OH pada selulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut, dengan demikian selulosa lebih kuat menangkap zat yang bersifat polar. ( 2013) 12

16 Immobilisasi Immobilisasi merupakan teknik yang digunakan untuk fiksasi kimia atau fisika dari sel, organel sel, enzim, atau protein (misalnya monokional antibodi) ke dalam matriks pendukung atau membran dalam rangka meningkatkan stabilitasnya dan memungkinkannya dalam penggunaan yang berulang-ulang (Mohamed sayed, 2008). ( 2013) 13

17 Immobilisasi 1. Immobilisasi pada zat pendukung yang inert 2. Menggunakan matriks pendukung ( 2013) 14

18 Matrik Pendukung Melalui perangkap dalam matriks polimerik Polimer yang biasa digunakan adalah, Kalsium alginat, poliakrilamid, polisulfon, dan polietilenimin. Melalui ikatan kovalen dengan senyawa vector Senyawa vektor (pembawa) yang umum digunakan adalah silika gel. Melalui Cross-link Penambahan zat yang dapat menyebabkan cross link bertujuan untuk membentuk agregat sel yang stabil. Zat yang umum digunakan adalah formaldehid, glutaraldialdehid, divinilsulfo, dan campuran formaldehid-urea. ( 2013) 15

19 Silika Gel Silika gel merupakan bahan amorf yang tersusun dari tetrahedral SiO 4 yang tersusun secara tidak teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih besar (1-25 m). Silika amorf dapat digunakan sebagai adsorben dan pendukung katalis karena luas permukaan yang besar dan porositas yang tinggi. Rumus kimia silika gel secara umum adalah SiO 2.xH 2 O ( 2013) 16

20 Tipe - tipe logam dan dampak bagi manusia ( 2013) 17

21 Mekanisme pengikatan logam Adsorbsi Pertukaran ion Gugus fungsi Absorbsi Transpor aktif ( 2013) 18

22 Mekanisme pengikatan logam M + dan M 2+ adalah ion logam, -OH adalah gugus hidroksil dan Y adalah matriks tempat gugus -OH terikat. Interaksi 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 kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks. ( 2013) 19

23 Penelitian Terdahulu No. Peneliti Nama Jurnal, Tahun, Judul Penelitian Hasil 1. F.A.Abu Al Rub, M.H. El- Naas, I.Ashour, M. Al-marzouqi 2. Buhani, Suharso, Z. Sembiring Journal of Process Biochemistry (Elsevier), 2006, Biosorption of copper on chlorella vulgaris from single, binary and tenary metal aqueous solution Oriental journal of Chemistry, 2012, Immobilization of Chetoceros sp microalgae with silica gel through encapsulation technique as adsorbent of Pb metal from solution Biosorpsi untuk tembaga oleh alga dipengaruhi oleh ph dan jumlah alga, ph optimum yang didapat adalah pada ph 8 Adsorbent yang terimmobilisasi silica gel mempunyai kapasitas serap tidak lebih besar daripada biomassa chetoceros sp, namun biomassa yang terimmobilisasi lebih stabil sebagai adsorbent dalam larutan. 3. E. Romera, F.Gonzales, A.Ballester, M.L. Blazquez, J.A. Munoz Science Direct, 2007, Comparative study of biosorption of heavy metals using different types of algae Kapasitas penyerapan logam dipengaruhi oleh ph dan jumlah biomassa alga. Ph optimum untuk Cu yaitu 7-8, untuk Pb yaitu 6-7, dan untuk Cd, Ni, dan Zn yaitu 6. 20

24 METODOLOGI PENELITIAN

25 Kondisi operasi Kondisi Operasi : 1. Mikroalgae Chlorella Vulgaris (dari BBPBAP Jepara). 2. Jenis larutan logam yang digunakan CuSO 4 dan CdSO 4 3. Air limbah dari PT.SIER Surabaya 4. Waktu adsorbsi 60 menit 5. Suhu proses adsorbsi : 25 O C - 30 O C 21

26 Variabel Variabel : 1. Variasi ph : 4, 5, dan 6 2. Konsentrasi logam : 100, 150, dan 200 mg/l 3. Jumlah Biomassa : 100, 150, 200 mg/l Analisa : 1. FTIR 2. AAS 22

27 esaran yang diukur Besaran yang Diukur Kadar logam pada larutan logam sintetis Kadar logam pada air limbah industri Waktu Pengukuran Awal dan akhir Awal dan akhir 23

28 Desain Alat Percobaan 4 2 Larutan logam Biomassa alga Keterangan: 1 Aerator 2 Reaktor alga 3 Selang 4 Lampu neon 36 watt 5 Rotary shaker 24

29 Biomassa Alga Chlorella Vulgaris Biomassa Alga Chlorella Vulgaris terimmobilisasi silika gel

30 Prosedur Penelitian

31 Tahap persiapan Pembudidayaan alga Mengatur pencahayaan(10 klux ± 36 watt ) Mengatur sistem aerasi (DO 2 mg/l) Mengatur suhu ⁰C Menambahkan nutrisi dan mengatur ph Scale up alga dan pembuatan biomassa kering Kultur selama 5 hari 25

32 Tahap persiapan Pembuatan biomassa Budidaya mikroalga Memisahkan mikroalga dengan centrifuge Melakukan penyaringan dengan kertas saring Mengeringkan dalam oven pada suhu 60⁰C selama 10 menit Biomassa alga kering 25

33 Pembuatan biomassa terimmobilisasi Menyiapkan larutan Na 2 SiO 3 (Natrium Silikat) sebanyak 100 ml Menambahkan resin kation Memisahkan resin kation dengan kertas saring Menambahkan biomassa alga sebanyak 300 mg Menambahkan HCl sampai terbentuk hidrogel Mengeringkan dalam oven pada suhu 80⁰C hingga terbentuk silica kering(xerogel) Biomassa alga terimmobilisasi 26

34 Proses adsorbsi larutan logam sintetis Budidaya mikroalga Alga kering 1. ph :4, 5, 6 2.Konsentrasi logam : 100, 150, 200 mg/l 3. Biomassa : 100, 150, 200 mg Biomassa alga Larutan logam sintetis Cu dan Cd sebanyak 25 ml Menyaring dengan kertas saring Filtrat Biomassa alga terimmobilisasi FTIR Analisa AAS 27

35 Proses adsorbsi dengan air limbah industri Budidaya mikroalga Alga kering 1. ph :4, 5, 6 2.Konsentrasi logam : 100, 150, 200 mg/l 3. Biomassa : 100, 150, 200 mg Biomassa alga Air limbah industri PT.SIER 25 ml Saring Biomassa alga terimmobilisasi FTIR Filtrat Analisa AAS 28

36 Prosedur Analisis ANALISA FTIR Mengetahui gugus fungsi yang dimiliki oleh alga AAS Mengetahui kadar logam berat dalam larutan 29

37 Pembahasan

38 Hasil Analisa FTIR sebelum kontak dengan logam

39 Hasil Analisa FTIR setelah kontak dengan logam

40 Pergeseran bilangan gelombang Sebelum kontak Setelah kontak Pergeseran Keterangan C-O C=O C-H O-H karboksilat 3435, , N-H primer O-H alkohol

41 Hasil Adsorbsi ion logam Cu dan Cd larutan logam sintetis dengan variasi ph Waktu ph Cu sisa (mg/l)) Non imobilisasi imobilisasi Cu Cd Cu Cd % Cd sisa % Cu sisa % adsorbsi (mg/l)) adsorbsi (mg/l)) adsorbsi Cd sisa (mg/l)) % adsorbsi

42 Grafik Pengaruh ph terhadap % adsorbsi Cu dan Cd pada logam sintetis % adsorbsi Cu non imobilisasi Cd non imobilisasi Cu imobilisasi Cd imobilisasi ph

43 Hasil Adsorbsi ion logam Cu dan Cd larutan logam limbah dengan variasi ph Waktu ph Cu sisa (mg/l)) Non imobilisasi Imobilisasi Cu Cd Cu Cd % Cd sisa % Cu sisa % adsorbsi (mg/l)) adsorbsi (mg/l)) adsorbsi Cd sia (mg/l)) % adsorbsi

44 Grafik Pengaruh ph terhadap % adsorbsi Cu dan Cd pada logam limbah % adsorbsi Cu non imobilisasi Cd non imobilisasi Cu imobilisasi Cd imobilisasi ph

45 Pembahasan Semakin tinggi ph pada larutan logam pada saat adsorpsi maka daya ikat logam pada biomassa alga makin besar. Pada ph tinggi terjadi deprotonasi Pada ph rendah terjadi protonasi ph optimum untuk proses adsorpsi adalah ph 6

46 Hasil Adsorbsi ion logam Cu dan Cd larutan logam sintetis dengan variasi konsentrasi logam Waktu kons. Non imobilisasi Imobilisasi logam Cu Cd Cu Cd (mg/l) % adsorbsi % adsorbsi % adsorbsi Ads Cu/bio (mg/g) Ads Cd/bio (mg/g) Ads Cu/bio (mg/g) % adsorbsi Ads Cd/bio (mg/g)

47 Grafik Pengaruh konsentrasi logam terhadap % adsorbsi Cu dan Cd pada logam sintetis % adsorbsi konsentrasi logam (mg/l) Cu non imobilisasi Cu imobilisasi Cd non imobilisasi Cd imobilisasi

48 Hasil adsorpsi logam Cu dan Cd larutan logam limbah dengan variasi konsentrasi logam Waktu kons. Logam (mg/l) % adsorbsi Non imobilisasi Imobilisasi Cu Cd Cu Cd Ads % Ads % Ads Cu/bio adsorbsi Cd/bio adsorbsi Cu/bio (mg/g) (mg/g) (mg/g) % adsorbsi Ads Cd/bio (mg/g)

49 Grafik Pengaruh konsentrasi logam terhadap % adsorbsi Cu dan Cd pada air limbah % adsorbsi Cu Non imobilisasi Cu imobilisasi Cd non imobilisasi Cd imobilisasi Konsentrasi logam (mg/l)

50 Pembahasan Semakin tinggi konsentrasi logam maka semakin kecil persen adsorpsi logam, namun semakin meningkat daya adsorpsi logam per gram biomassanya. Konsentrasi logam yang optimum adalah 25 mg/l

51 Hasil Adsorbsi ion logam Cu dan Cd larutan logam sintetis dengan variasi jumlah biomassa waktu jumlah biomassa (mg/l) % adsorbsi Non imobilisasi Ads Cu/bio (mg/g) imobilisasi Cu Cd Cu Cd % % % adsorbsi adsorbsi adsorbsi Ads Cd/bio (mg/g) Ads Cu/bio (mg/g) Ads Cd/bio (mg/g)

52 Grafik Pengaruh jumlah biomassa terhadap % adsorbsi Cu dan Cd pada logam sintetis % adsorbsi Cu non imobilisasi Cd non imobilisasi Cu imobilisasi Cd imobilisasi jumlah biomassa (mg)

53 Hasil Adsorbsi ion logam Cu dan Cd larutan logam limbah dengan variasi jumlah biomassa alga jumlah Non imobilisasi imobilisasi waktu biomassa (mg/l) Cu Cd Cu Cd % Ads % Ads % Ads % adsorbsi Cu/bio adsorbsi Cd/bio adsorbsi Cu/bio adsorbsi (mg/g) (mg/g) (mg/g) Ads Cd/bio (mg/g)

54 Grafik Pengaruh jumlah biomassa terhadap % adsorbsi Cu dan Cd pada air limbah % adsorbsi Cu non imobilisasi Cd non imobilisasi Cu imobilisasi Cd imobilisasi jumlah biomassa (mg)

55 Pembahasan Semakin banyak jumlah biomassa yang digunakan untuk adsorpsi, maka semakin banyak logam yang teradsorpsi oleh biomassa alga. Jumlah biomassa alga hijau optimum adalah 200 mg

56 Isotherm Adsorbsi Isoterm adsorpsi digunakan untuk mengetahui hubungan antara jumlah zat yang terserap (adsorbat) dengan jumlah zat penyerap (adsorben), serta kemungkinan sifat dari permukaan adsorben. Isotherm Langmuir Isotherm Freundlich

57 Grafik isotherm Langmuir untuk logam Cu (II) dengan biomassa alga non imobilisasi 0,25 0,2 y = x R² = ,15 1/a Cu non imobilisasi 0,1 Linear (Cu non imobilisasi) 0, ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 1/Ceq

58 Grafik isotherm Langmuir untuk logam Cu (II) dengan biomassa alga imobilisasi 0,3 0,25 y = x R² = ,2 1/a 0,15 0,1 Cu imobilisasi Linear (Cu imobilisasi) 0, ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 1/Ceq

59 Grafik isotherm Freundlich untuk logam Cu (II) dengan biomassa alga non imobilisasi 1,4 1,2 y = x R² = log m 0,8 0,6 Cu non imobilisasi Linear (Cu non imobilisasi) 0,4 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 log Ceq

60 Grafik isotherm Freundlich untuk logam Cu (II) dengan biomassa alga imobilisasi 1,4 1,2 y = x R² = log m 0,8 0,6 Cu imobilisasi Linear (Cu imobilisasi) 0,4 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 log Ceq

61 Pembahasan Langmuir Freundlich Logam non imobilisasi imobilisasi non imobilisasi imobilisasi Cu R R 2 0,965 0,9956 Cd R 2 0,9688 0,9585 R 2 0,9855 0,9706 Dilihat berdasarkan nilai R 2, dapat diasumsikan isotherm Freundlich mampu menginterpretasikan data adsorpsi lebih baik Hal tersebut menginformasikan bahwa kemungkinan permukaan dari kedua biomassa alga hijau yang digunakan bersifat heterogen, artinya setiap situs aktif pada matriks alga yang kompleks memiliki energi atau afinitas yang berbeda-beda.

62 Kesimpulan Biomassa alga hijau Chlorella Vulgaris non imobilisasi maupun yang di imobilisasi mampu mengadsorbsi ion logam berat Cu (II) dan Cd (II) Kondisi optimum nya adalah : ph optimum untuk proses adsorpsi adalah ph 6 Konsentrasi logam yang optimum adalah 25 mg/l Jumlah biomassa alga hijau optimum adalah 200 mg Waktu kontak paling optimum adalah 60 menit Proses adsorpsi ion logam tembaga dan kadmium pada larutan logam sintetis lebih efektif dibandingkan dengan adsorpsi pada larutan limbah industri PT.SIER baik pada biomassa non imobilisasi maupun biomassa non imobilisasi. Biomassa alga non imobilisasi mampu menyerap logam lebih besar dibandingkan biomassa alga imobilisasi, namun biomassa imobilisasi mempunyai ketahanan yang lebih kuat dibandingkan biomassa non imobilisasi

63 Daftar Pustaka Buhani.Suharso and Z.Sembiring Immobilization of Chetoceros sp Microalgae with Silica Gel through Encapsulation Technique as Adsorbent of Pb Metal from Solution. Oriental Journal of Chemistry Vol 28 Buhani.suharso.Zipora sembiring Biosorption of metal ion Pb(II), Cu(II), and Cd(II) on Surgassumduplicatum immobilized silica gel matrix. Indo.J. Chem C.Quintelas. B.Fonseca.B.Silva. H.Figueiredo. T.Tavares Treatment of Chromium(VI) Solutions in a pilot-scale bioreactor through a biofilm of Arthrobacter viscous supported on GAC. Bioresource Technology E. Romera. F.Gonzalez. A.Ballester. M.L. Blazquez. J.A.Munoz Comparative study of biosorption of heavy metals using different types of algae. Science Direct. F.A Abu Al-Rub. M.H.El-Naas. M. Al-Marzouqi Biosorption of copper on Chlorella vulgaris from single,binary and ternary metal aqueous solutions. Process Biochemistry.El Sciever Mohammed Sayed Abdel Hameed and Ola Hammouda Ebrahim Biotechnological Potential Uses of Immobilized Algae. International Journal of Agriculture &Biology Vol 9 No.1

64 Daftar Pustaka