EKSTRAKSI KROM HEKSAVALEN SEBAGAI TETRABUTIL AMONIUM KROMAT DAN APLIKASINYA PADA AIR SUNGAI CILUAR DI BOGOR HERWIN GOTAWA

Transkripsi

1 EKSTRAKSI KROM HEKSAVALEN SEBAGAI TETRABUTIL AMONIUM KROMAT DAN APLIKASINYA PADA AIR SUNGAI CILUAR DI BOGOR HERWIN GOTAWA PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

2 ABSTRAK HERWIN GOTAWA. Ekstraksi Krom Heksavalen Sebagai Tetrabutil Amonium Kromat dan Aplikasinya pada Air Sungai Ciluar Di Bogor. Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan DEDEN SAPRUDIN. Pengukuran krom dalam kadar yang sangat kecil memerlukan metode yang peka. Salah satu metode yang telah dikembangkan untuk pengukuran kadar krom yang sangat kecil ini berdasarkan pada ekstraksi kuantitatif Cr 6+ sebagai pasangan tetrabutil amonium kromat dalam metil isobutil keton, yang kemudian diekstraksi kembali ke dalam larutan difenilkarbazida asam sehingga terbentuk kompleks Cr VI -DPC. Cara ini dapat meningkatkan sensitivitas sebesar 20 kali dibandingkan pembentukan kompleks Cr VI - DPC secara langsung. Penelitian ini bertujuan menentukan kondisi optimum pengukuran krom heksavalen dan krom total dengan metode ekstraksi dan menerapkannya untuk pengukuran contoh air Sungai Ciluar sehingga dapat diketahui tingkat pencemaran pada sungai tersebut. Kondisi optimum pengukuran krom diperoleh pada panjang gelombang maksimum 544 nm dengan volume HNO ml, konsentrasi tetrabutil amonium bromida 0.08 M, dan satu kali pengocokan selama 5 menit. Metode ekstraksi krom heksavalen ini memiliki limit deteksi ppm. Konsentrasi krom heksavalen di Sungai Ciluar masih berada di bawah baku mutu dengan nilai rerata sebesar ppm, demikian juga parameter ph, suhu, dan daya hantar listrik. Akan tetapi, parameter kebutuhan oksigen kimiawi dan kekeruhan yang diperoleh telah melebihi baku mutu yang ditetapkan dengan nilai rerata berturut-turut sebesar mg/l dan 31.1 NTU. ABSTRACT HERWIN GOTAWA. Hexavalent Chromium Extraction as Tetrabutyl Ammonium Chromate and Its Application to Ciluar River Water in Bogor. Supervised by ETI ROHAETI and DEDEN SAPRUDIN. Measurement of trace amount chromium needs more sensitive methods. One of method was developed for determination of chromium with trace concentration based on the quantitative extraction of Cr 6+ as a tetrabutyl ammonium chromate ion-pair in methyl isobutyl ketone, and then back extraction into diphenylcarbazide solution to formed Cr VI - DPC complex. This method would increased sensitivity of 20 times, in comparison with formed Cr VI -DPC complex directly. Purpose of this research was to determine optimum condition measurement of hexavalent chromium with extraction methods and applied this method to measure Ciluar River water and to knows the contamination level in Ciluar River. Optimum condition for chromium measurement was observed at 544 nm in maximum wavelength, 5.0 ml addition of HNO 3, 0.08 M tetrabutyl ammonium bromide, and once shaking for 5 minute. Detection limit of extraction method was obtained at ppm. Concentration of hexavalent chromium in Ciluar River was still below quality standard of water with average value of ppm, and also with ph, temperature, and conductivity parameters. But, the chemical oxygen demand and turbidity parameters were higher than quality standard of water, with average value were mg/l and 31.1 NTU, respectively.

3 EKSTRAKSI KROM HEKSAVALEN SEBAGAI TETRABUTIL AMONIUM KROMAT DAN APLIKASINYA PADA AIR SUNGAI CILUAR DI BOGOR HERWIN GOTAWA Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

4 Judul : Ekstraksi Krom Heksavalen Sebagai Tetrabutil Amonium Kromat dan Aplikasinya pada Air Sungai Ciluar Di Bogor Nama : Herwin Gotawa NIM : G Menyetujui, Pembimbing I, Pembimbing II, Dr. Eti Rohaeti, M.S. Deden Saprudin, S.Si. M.Si NIP NIP Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor, Dr. drh. Hasim, DEA NIP Tanggal Lulus:

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Karya ilmiah berjudul Ekstraksi Krom heksavalen Sebagai Tetrabutil Amonium Kromat dan Aplikasinya pada Air Sungai Ciluar di Bogor merupakan hasil penelitian yang dilaksanakan mulai bulan Juli 2007 sampai April 2008 di Laboratorium Kimia Analitik dan Kimia Anorganik Departemen Kimia FMIPA IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Eti Rohaeti, M.S. dan Bapak Drs. Deden Saprudin, M.Si. selaku pembimbing yang memberikan masukan, pengarahan, dan dorongan selama pelaksanaan penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. Terima kasih penulis ucapkan kepada Papa dan Umi tercinta, Teny, Iya dan J. Sendri atas segala cinta, kasih sayang, semangat, kesabaran, dan doa yang diberikan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ibu Era Meiwanti dari PT Eli yang telah memberikan pelatihan AMDAL. Penghargaan dan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS selaku Kepala Laboratorium Kimia Analitik, Om Em, Pak Syawal, seluruh laboran Kimia Analitik dan Anorganik, serta Mas Heri atas kemudahan yang diberikan kepada penulis. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Toyota dan Astra yang telah memberikan beasiswa selama masa studi di IPB, juga kepada teman-teman Kimia Angkatan 39 dan 40 (Romi, Fhilo, Ihsan, Iqo, Dicky, Nita, Otong) yang telah membantu. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Agustus 2008 Herwin Gotawa

6 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada tanggal 5 September 1984 sebagai anak pertama dari 3 bersaudara pasangan Moh. No it dan Kasiah. Tahun 2003 penulis menyelesaikan studi di SMU Negeri 5 Bogor. Pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Analisis Intrumental tahun ajaran 2005/2006, Kimia Analitik II tahun ajaran 2006/2007, Kimia Analitik I tahun ajaran 2007/2008, Manajemen Laboratorium Diploma tahun ajaran 2007/2008, asisten praktikum matrikulasi Kimia Dasar Diploma tahun ajaran 2007/2008, Kimia Makanan Diploma tahun ajaran 2007/2008, dan Kuliah Lapang Diploma tahun ajaran 2007/2008. Selain itu, penulis juga merupakan staf pengajar bimbingan belajar Al Fattah. Tahun 2006 Penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Bidang Mikrobiologi, Bogor.

7 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... vii PENDAHULUAN... 1 TINJAUAN PUSTAKA Krom... 1 Penyamakan Kulit... 2 Analisis Krom dengan Spektrofotometri Absorpsi... 2 Pencemaran Air Sungai... 3 Derajat Kemasaman (ph)... 3 Daya Hantar Listrik (DHL)... 4 Kekeruhan... 4 Chemical Oxygen Demand (COD)... 4 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat... 4 Langkah Kerja... 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Panjang Gelombang Maksimum... 7 Pengaruh Volume HNO Pengaruh Konsentrasi TBAB... 8 Pengaruh Waktu Pengocokan... 8 Pengaruh Banyaknya Pengocokan... 9 Limit Deteksi... 9 Krom Heksavalen Krom Total Parameter Fisik dan Kimia Air Sungai Ciluar Derajat Kemasaman (ph) Suhu Daya Hantar Listrik (DHL) Kekeruhan Kandungan Bahan Organik (COD) SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 16

8 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Reaksi krom heksavalen dengan 1,5-difenilkarbazida Hubungan serapan larutan dengan panjang gelombang Hubungan volume asam nitrat dengan serapan larutan Hubungan konsentrasi TBAB dengan serapan larutan Hubungan waktu pengocokan dengan serapan larutan Konsentrasi krom heksavalen pada beberapa lokasi pengambilan contoh Konsentrasi krom total pada beberapa lokasi pengambilan contoh Nilai derajat kemasaman (ph) pada beberapa lokasi pengambilan contoh Nilai daya hantar listrik (DHL) pada beberapa lokasi pengambilan contoh Nilai kekeruhan pada beberapa lokasi pengambilan contoh Nilai COD pada beberapa lokasi pengambilan contoh DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Kriteria mutu air berdasarkan Lampiran PP RI Nomor 82 tahun Diagram alir penelitian Peta pengambilan contoh air Sungai Ciluar Serapan larutan Cr 6+ pada panjang gelombang nm Data hasil penentuan volume HNO 3 optimum Data hasil penentuan konsentrasi TBAB optimum Hasil analisis kualitatif anion dalam air sungai dengan metode Dames Data hasil penentuan waktu pengocokan optimum Data hasil penentuan banyaknya pengocokan optimum Perbandingan hasil pengukuran serapan krom heksavalen dengan kondisi optimum air deionisasi dan air sungai Data hasil pengukuran absorbansi larutan blanko Data penentuan konsentrasi krom heksavalen dalam air Sungai Ciluar Data penentuan konsentrasi krom total dalam air Sungai Ciluar Kondisi pengambilan contoh air Data penentuan nilai Chemical Oxygen Demand (COD)... 27

9 1 PENDAHULUAN Krom heksavalen merupakan krom yang memiliki tingkat toksisitas yang paling tinggi dibandingkan bentuk krom lain. Asupan krom di atas 200 μg per hari dapat menimbulkan akumulasi sehingga mengakibatkan kerusakan hati dan ginjal, kerusakan saluran pernapasan, gangguan saluran pencernaan, kerusakan embrio, dan kanker paru-paru, bahkan kontak langsung krom heksavalen dengan kulit dapat menyebabkan reaksi alergi kulit yang umumnya ditandai dengan munculnya warna kekeruhan pada kulit dan bisul-bisul. Sehingga keberadaan krom dalam limbah perlu mendapat penanganan khusus (EPA 1998). Sumber pencemar krom dapat berasal dari limbah industri pelapisan logam, penghambat korosi besi, penyamakan kulit, cat, tekstil, dan bahan pengawet kayu (Kusnoputranto 1996). Industri penyamakan kulit adalah agroindustri yang mengolah kulit mentah menjadi kulit jadi. Bahan baku utama yang digunakan adalah krom sulfat (krom trivalen) karena memberikan banyak keuntungan yaitu murah, proses penyamakan cepat, dan kulit yang dihasilkan bermutu tinggi. Limbah yang dihasilkan dari proses tersebut dapat membahayakan lingkungan karena krom trivalen dapat teroksidasi menjadi krom heksavalen yang sangat berbahaya dan beracun bagi makhluk hidup (Potter et al. 1994). Sungai Ciluar merupakan salah satu sungai yang mengalir melintasi kota Bogor. Sungai ini sering menjadi tempat buangan limbah cair industri, salah satunya adalah industri penyamakan kulit. Bila industri ini tidak mengolah limbahnya dengan baik dapat menimbulkan pencemaran krom yang berasal dari buangan proses pra penyamakan (bahan sangat asam) atau proses pasca penyamakan (bahan sangat basa), atau pencemaran buangan organik dari sisa bahan baku kulit. Beberapa metode untuk menentukan kandungan krom telah dilakukan, diantaranya adalah dengan metode pengendapan menggunakan NaOH dan Ca(OH) 2 (Mariana et al. 2006), pengendapan dengan pertukaran ion (Juang & Shiau 1998), ekstraksi pelarut dan absorpsi (Siddiqui et al. 1999), ekstraksi cair-cair dengan tributil fosfat (Ouejhani et al. 2003), dan teknik osmosis terbalik (Hanra dan Prabhakar 1996). Shemirani et al. (2003) melakukan prekonsentrasi krom dan spesiasi dengan spektroskopi serapan atom setelah proses ekstraksi titik jenuh dengan limit deteksi sebesar 1.7x10-4 ppm. Wang dan Xue (2006) juga melakukan analisis krom heksavalen secara spektrofotometri refleksi dengan permukaan yang diperbaharui dan menghasilkan limit deteksi sebesar 2.4x10-6 ppm. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menganalisis kandungan krom heksavalen dan krom total dalam sampel air adalah metode spektrofotometri sinar tampak dengan pewarnaan 1,5-difenilkarbazida (Noroozifar & Khorasani-Motlagh 2003). Selain sederhana, metode ini lebih murah dan cepat dibandingkan dengan metode lain seperti AAS dan kromatografi ion. Metode ini dapat digunakan untuk pengukuran krom dalam kisaran yang cukup besar yaitu antara 3.3x10-3 sampai 2.1 ppm (Martha 2004). Noroozifar & Khorasani-Motlagh (2003) telah melakukan ekstraksi krom sebagai tetrabutil amonium kromat dengan limit deteksi sebesar 2.22x10-6 ppm. Metode ekstraksi krom ini telah dilakukan oleh Wijayanti (2005), namun hanya diperoleh limit deteksi sebesar 1.721x10-3 ppm, lebih tinggi dari yang dilaporkan Noroozifar & Khorasani-Motlagh (2003) dengan kata lain sensitivitas tidak meningkat, sehingga diperlukan pengkajian ulang metode tersebut. Metode ini telah diterapkan pada air deionisasi oleh Noroozifar & Khorasani-Motlagh (2003) dan Wijayanti (2005). Namun metode ini belum diterapkan pada air sungai yang memiliki matriks lebih kompleks, sehingga penerapan metode ini pada air sungai perlu dilakukan. Penelitian bertujuan menentukan kondisi terbaik penetapan krom heksavalen dan krom total dengan metode ekstraksi tetrabutil amonium kromat serta menerapkannya untuk menentukan tingkat pencemaran air Sungai Ciluar. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang kualitas air Sungai Ciluar di Bogor. TINJAUAN PUSTAKA Krom Krom merupakan salah satu logam berat yang termasuk dalam unsur transisi golongan VI-B periode 4. Krom mempunyai nomor atom 24 dan nomor massa 51,996 sma, berwarna putih dengan massa jenis 7,9 g/cm 3 dan memiliki titik didih 2658 C dan titk leleh 1875 C (Kusnoputranto 1996). Krom dapat membentuk tiga macam senyawa yang masing-masing berasal dari proses oksidasi CrO (krom oksida), yaitu +2 disebut krom

10 2 divalen, +3 disebut krom trivalen, dan +6 disebut krom heksavalen (Kikuchi et al. 2005). Krom trivalen dalam sistem biologis termasuk logam esensial bagi manusia. Krom dalam dosis μg per 100 g bobot badan memiliki fungsi yang baik dalam metabolisme karbohidrat, metabolisme lipid, sintesis protein dan metabolisme asam nukleat. Krom dalam metabolisme karbohidrat memiliki fungsi biokimia yang memengaruhi kemampuan reseptor insulin sehingga insulin dapat aktif bekerja mengatur kadar gula darah. Kekurangan krom trivalen dalam tubuh menyebabkan penurunan kerja hormon insulin yang kemudian dapat menimbulkan penyakit diabetis melitus, hiperglisemia, dan glukosaria, menyebabkan penurunan berat badan, kadar asam lemak tinggi, gangguan proses pernapasan, dan kelainan dalam metabolisme nitrogen (King 1994). Selain sebagai logam esensial, krom juga digolongkan sebagai logam berat dengan sifat beracun yang dapat menyebabkan gangguan kesehatan dan juga bersifat karsinogenik terhadap manusia. Krom heksavalen merupakan krom yang memiliki tingkat toksisitas yang paling tinggi. Asupan krom di atas 200 μg per hari dapat menyebabkan akumulasi sehingga mengakibatkan kerusakan hati dan ginjal, kerusakan saluran pernapasan, gangguan saluran pencernaan, kerusakan embrio, dan kanker paru-paru, bahkan kontak langsung krom heksavalen dengan kulit dapat menyebabkan reaksi alergi kulit yang umumnya ditandai dengan munculnya warna kekeruhan pada kulit dan bisul-bisul (EPA 1998). Penyamakan Kulit Industri penyamakan kulit merupakan agroindustri yang mengolah kulit mentah menjadi kulit jadi melalui beberapa proses sehingga kulit yang semula labil terhadap pengaruh kimiawi, fisik, dan hayati menjadi stabil dan tahan lama. Bahan baku utama adalah kulit mentah dan bahan penyamak yang umum digunakan adalah krom (III) sulfat (Cr 2 (SO 4 ) 3 ). Krom dipilih karena memberikan banyak keuntungan, yaitu harga murah, proses penyamakan cepat, dan kulit yang dihasilkan bermutu tinggi. Bahan-bahan tambahan lain yang digunakan dalam proses penyamakan kulit adalah Ca(OH) 2, MgO, asam sulfat, asam format, Na 2 S, Na 2 CO 3, dan Na 2 SO 4 (Potter et al. 1994). Industri penyamakan kulit secara garis besar menghasilkan tiga jenis limbah, yaitu limbah cair, limbah padat, dan limbah gas. Ketiga limbah tersebut dihasilkan dari berbagai proses yang terjadi dalam pra penyamakan, penyamakan, dan pasca penyamakan. Limbah yang mengandung krom trivalen membahayakan lingkungan karena krom trivalen dapat teroksidasi menjadi krom heksavalen yang bersifat toksik (EPA 1998). Limbah yang dihasilkan dari industri penyamakan kulit sangat mengganggu, sehingga diperlukan pengolahan limbah krom untuk mengurangi konsentrasi krom buangan dan memperoleh krom sehingga krom dapat digunakan kembali dalam proses penyamakan kulit. Limbah cair yang mengandung krom tinggi (wet blue) diolah dengan cara diendapkan menggunakan NaOH. Hasil penelitian Barros et al. (2002) menunjukkan bahwa pengendapan limbah penyamakan kulit dengan penambahan NaOH pada ph 8 menyisakan konsentrasi krom 18 ppm, sedangkan menurut Erdem dan Tumen (2004) pengendapan krom lebih baik dilakukan pada ph 9. Konsentrasi krom setelah pengendapan ± 18 ppm masih di atas ambang batas yang diperbolehkan berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup (KEP- 51/MENLH/10/1995), yaitu 0.6 ppm. Hal ini mengakibatkan berpeluangnya sungai ikut tercemar oleh limbah yang dihasilkan industri penyamakan kulit tersebut. Menurut Peraturan Pemerintah nomor 82 tahun 2001 tentang pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air, konsentrasi krom heksavalen yang diperbolehkan untuk golongan A, B, dan C tidak boleh lebih dari 0.05 ppm. Sedangkan air golongan D harus mengandung maksimum 0.1 ppm (Lampiran 1). Analisis Krom dengan Spektrofotometri Absorpsi Metode spektrofotometri sinar tampak dapat digunakan untuk mengukur krom heksavalen dan krom total (Ndung u et al. 1999). Metode ini didasarkan pada pengukuran senyawa berwarna dengan pembentukan senyawa kompleks yang berwarna ungu kemerahan yang intensif. Reaksi pembentukan kompleks Cr VI dengan DPC ditampilkan pada Gambar 1. Reaksi DPC dan krom cukup sensitif dengan nilai absorptivitas molar kira-kira mol -1 cm -1 pada 540 nm (Clesceri et al. 1998). Senyawa difenilkarbazida hanya bereaksi dengan krom heksavalen dan tidak bereaksi