BIOSORPSI ION LOGAM BERAT Cu 2+ MENGGUNAKAN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS (Brassica oleracea var. capitata L.) TERAKTIVASI NaOH

Transkripsi

1 BIOSORPSI ION LOGAM BERAT Cu 2+ MENGGUNAKAN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS (Brassica oleracea var. capitata L.) TERAKTIVASI NaOH Disusun Oleh : WIRENI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 i

2 Kepala

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul BIOSORPSI ION LOGAM BERAT Cu 2+ MENGGUNAKAN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS (Brassica oleracea var. capitata L.) TERAKTIVASI NaOH belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, November 2015 WIRENI iii

4 BIOSORPSI ION LOGAM BERAT Cu 2+ MENGGUNAKAN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS (Brassica oleracea var. capitata L.) TERAKTIVASI NaOH WIRENI Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Biosorpsi ion Cu 2+ dalam larutan menggunakan selulosa dari limbah kubis telah dipelajari. Biosorben diaktivasi dengan NaOH pada konsentrasi 0,01; 0,1; 1 dan 2 M. Kondisi optimum biosorpsi dipelajari dengan ph awal (2-8), dosis biosorben (0,005-0,025) g, waktu kontak (15-90) menit, dan konsentrasi ion logam (10-100) ppm dengan metode batch. Konsentrasi ion Cu 2+ dianalisis menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Biosorben dikarakterisasi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Surface Area Analyzer (SAA), dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Data eksperimental dianalisis dalam dua model kinetik seperti pseudo orde satu dan pseudo orde dua. Model isoterm Langmuir dan Freundlich diterapkan untuk menggambarkan proses biosorpsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biosorben limbah kubis yang diaktivasi menggunakan NaOH 0,1 M meningkatkan efisiensi biosorpsi sebesar 19,674% dengan kapasitas biosorpsi 12,260 mg/g pada kondisi optimum ph 5, dosis biosorben 0,02 g/ 25 ml Cu ppm, dan waktu kontak 75 menit. Kinetika biosorpsi telah ditentukan sesuai dengan model pseudo orde dua dengan konstanta laju 0,091 g/mg.min dan isoterm biosorpsi digambarkan dengan baik oleh model isoterm Langmuir dengan kapasitas biosorpsi maksimum sebesar 37,037 mg/g dan energi biosorpsi sebesar 25,865 kj/mol pada 302 K. Desorpsi terpisah dilakukan dengan menggunakan akuades, CH 3 COONH 4, HCl, dan Na 2 EDTA. Persentase desorpsi terbesar diperoleh dengan menggunakan Na 2 EDTA yaitu sebesar 85,324%. Hasil desorpsi terpisah menunjukkan bahwa interaksi antara Cu 2+ dengan selulosa dari limbah kubis teraktivasi merupakan interaksi yang kuat dan didominasi oleh pembentukan kompleks. Kata kunci : biosorpsi, ion Cu 2+, limbah kubis, selulosa iv

5 BIOSORPTION OF HEAVY METAL IONS Cu 2+ BY CELLULOSE FROM NaOH-ACTIVATED CABBAGE (Brassica oleracea var. capitata L.) WASTE WIRENI Departement of Chemsitry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University ABSTRACT The biosorption of Cu 2+ ions from aqueous solutions using cellulose from cabbage waste has been studied. Biosorbent was activated by NaOH at concentrations of 0.01; 0.1; 1 and 2 M. The biosorption optimum conditions were studied with initial ph (2-10), biosorbent dosage ( ) g, contact time (15-90) minutes, and metal ion concentrations (10-100) ppm in batch method. Concentrations of Cu 2+ ions was analyzed using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Biosorbent was characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Surface Area Analyzer (SAA) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Experimental data were analyzed in terms of two kinetic models such as pseudo-first order and pseudo-second order. Langmuir and Freundlich isoterm models were applied to describe the biosorption prossess. The results showed that biosorbent of cabbage waste activated by 0.1 M NaOH enhanced biosorption efficiency of Cu 2+ of % with biosorption capacity of mg/g at optimum condition of ph 5, biosorbent dosage 0.02 g/ 25 ml Cu ppm and contact time 75 minutes. The kinetic biosorption was determined to be appropriate to the pseudo-second order model with biosorption constant rate of g/mg.min and isoterm biosorption was described well by the Langmuir isotherm model with maximum biosorption capacity of mg/g and the biosorption energy of kj/mol at 302 K. The Separated desorption by using distilled water, CH 3 COONH 4, HCl, and Na 2 EDTA has been done. The highest desorption percentage was obtained using Na 2 EDTA of %. The separated desorption result showed that the interaction between Cu 2+ with cellulose from activated cabbage waste was strongly interaction and dominated by complex formation. Keyword : biosorption, cabbage waste, cellulose, Cu 2+ ions v

6 MOTTO Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan shalatmu sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar (Al-Baqarah : 153) Knowlage is something extraordinary in case someone does not have to spend his life on it (Albert Einstein) Reasearch is what I m doing when I don t know what I m doing (Warnher von Braun) vi

7 PERSEMBAHAN Karya ini kupersembahkan untuk : 1. Kedua orang tuaku bapak dan mamah 2. Kakak-kakakku 3. Teman terdekatku depi, depe, lani, shanti, mayul, wiek, asit, muti, jule 4. Teman-teman jurusan kimia angkatan 2011 vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Sholawat serta salam tak lupa penulis haturkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SWA sebagai pembimbing umat manusia. Skripsi ini dapat terselesaikan karena adanya bantuan, petunjuk, dan bimbingan dari berbagi pihak baik berupa moril maupun materiil. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku kepala program studi kimia FMIPA UNS. 2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku pembimbing I sekaligus dosen pembimbing akademis. 3. Ibu Dr.rer.nat Witri Wahyu Lestari, M.Sc selaku pembimbing II. 4. Bapak dan Ibu Dosen program studi kimia FMIPA UNS atas ilmu yang telah diberikan. 5. Kedua orang tua dan kakak-kakaku yang selalu memberikan dukungan serta doa bagi penulis. 6. Teman-teman seperjuangan angkatan 2011 yang saling menyemangati dan saling mendoakan. 7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pihak yang membutuhkan. Surakarta, November 2015 Penulis viii

9 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v HALAMAN MOTTO... vi PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Perumusan Masalah Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah Tujuan dan Manfaat Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 6 BAB II LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Potensi Limbah Kubis (Brassica oleracea var. capitata L.) Sebagai Sumber Material Lignoselulosa Lignoselulosa Aktivasi Biosorben Menggunakan NaOH ix

10 2.1.4 Adsorpsi Cu 2+ Menggunakan Biosorben Analisis Instrumentasi Penentuan Kinetika Adsorpsi dan Isoterm Adsorpsi Kerangka Pemikiran Hipotesis BAB III METODOLOGI Metode Penelitian Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Alat Bahan Prosedur Penelitian Pembuatan Biosoben Pembuatan Larutan Induk Pembuatan Kurva Kalibrasi Penentuan Konsentrasi Optimum NaOH Optimasi Biosorpsi Uji Efektivitas Biosorben Karakterisasi Biosorben Desorpsi Teknik Pengumpulan Data Teknik Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Biosorben Awal Aktivasi Biosorben Limbah Kubis dengan NaOH Studi Biosorpsi Cu 2+ Menggunakan Biosorben Limbah Kubis Teraktivasi Pengaruh ph Terhadap Biosorpsi Cu Pengaruh Dosisi Biosorben Terhadap Biosorpsi Cu Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Biosorpsi Cu x

11 4.3.4 Pengaruh Konsentrasi Awal Ion Cu Karakterisasi Biosorben Setelah Biosorpsi Cu Analisis Gugus Fungsi Analisis Morfologi Permukaan Penentuan Kinetika Biosorpsi Penentuan Isoterm Biosorpsi Kajian Interaksi Cu 2+ dengan Biosorben BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Limbah kubis pasca panen... 8 Gambar 2. Struktur lignin, selulosa dan hemiselulosa pada tanaman... 9 Gambar 3. Struktur unit-unit penyusun lignin Gambar 4. Struktur hemiselulosa (a) xilan (homopolimer) dan (b) glukomannan (heteropolimer) Gambar 5. Struktur selulosa Gambar 6. Spektra FTIR tandan kosong kelapa sawit (a) sebelum dan setelah adsorpsi (b) Cu 2+ (c) Pb 2+ (d) Zn Gambar 7. Morfologi SEM serbuk gergaji (a) sebelum dan (b) setelah adsorpsi Cu 2+ pada perbesaran x Gambar 8. Spektra FTIR biosorben limbah kubis Gambar 9. Mekanisme delignifikasi Gambar 10. Efektivitas biosorben Gambar 11. Spektra FTIR (a) biosorben limbah kubis dan (b) biosorben limbah kubis teraktivasi Gambar 12. Pengaruh ph terhadap kapasitas biosorpsi Gambar 13. Pengaruh dosis biosorben terhadap (a) efisiensi biosorpsi dan (b) kapasitas biosorpsi Gambar 14. Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas biosorpsi Gambar 15. Pengaruh konsentrasi awal Cu 2+ terhadap (a) efisiensi biosorpsi dan (b) kapasitas biosorpsi Gambar 16. Spektra FTIR biosorben limbah kubis teraktivasi (a) sebelum dan (b) setelah biosorpsi Cu Gambar 17. Morfologi biosorben limbah kubis teraktivasi (a) sebelum dan (b) setelah biosorpsi Cu 2+ pada perbesaran 5000x Gambar 18. Grafik (a) pseudo orde satu dan (b) pseudo orde dua Gambar 19. Grafik isoterm biosorpsi (a) Langmuir dan (b) Freundlich Gambar 20. Desorpsi Cu 2+ oleh reagen pendesorpsi xii

13 Gambar 21. Reaksi pembentukan kompleks Cu-selulosa Gambar 22. Reaksi desorpsi Cu 2+ dengan Na 2 EDTA xiii

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Jumlah produksi kubis di Indonesia... 7 Tabel 2. Kandungan lignoselulosa kubis kering... 8 Tabel 3. Serapan khas material lignoselulosa Tabel 4. Serapan FTIR biosorben limbah kubis Tabel 5. Data analisis permukaan biosorben Tabel 6. Perbandingan serapan FTIR biosorben limbah kubis sebelum dan setelah aktivasi Tabel 7. Perbandingan serapan FTIR biosorben limbah kubis teraktivasi sebelum dan setelah biosorpsi Cu Tabel 8. Parameter kinetika biosorpsi Tabel 9. Parameter isoterm biosorpsi xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Data penentuan konsentrasi NaOH optimum Lampiran 2. Data penentuan ph optimum Lampiran 3. Data penentuan dosis optimum Lampiran 4. Data penentuan waktu kontak optimum Lampiran 5. Data variasi konsentrasi awal Cu Lampiran 6. Data efektivitas biosorben Lampiran 7. Data penentuan kinetika biosorpsi Lampiran 8. Data penentuan isoterm biosorpsi Lampiran 9. Data desorpsi Lampiran 10. Gambar biosorben kubis limbah sebelum dan setelah aktivasi Lampiran 11. Spektra FTIR biosorben limbah kubis Lampiran 12. Spektra FTIR biosorben limbah kubis teraktivasi NaOH 0,1 M Lampiran 13. Spektra FTIR biosorben limbah kubis teraktivasi setelah biosorbsi Cu Lampiran 14. Karakterisasi SAA xv