BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 JENGKOL Tumbuhan jengkol atau lebih dikenal dengan tumbuhan Jering adalah termasuk dalam famili Fabaceae (suku biji-bijian). Tumbuhan ini memiliki nama latin Pithecellobium lobatum Benth. dengan nama sinonimnya yaitu A.Jiringa, Pithecellobium jiringa, dan Archindendron pauciflorum. Tumbuhan ini merupakan tumbuhan khas di wilayah Asia Tenggara [18]. Tumbuhan ini juga banyak ditemukan di Malaysia dan Thailand. Tumbuhan ini merupakan pohon di bagian barat Nusantara, tingginya sampai 26 m, dibudidayakan secara umum oleh penduduk di Jawa dan di beberapa daerah tumbuh menjadi liar. Tumbuh paling baik di daerah dengan musim kemarau yang tidak terlalu panjang [19]. Gambar tanaman jengkol beserta kulit dan bijinya pada bagian dalam dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut. Keterangan : a = Kulit Jengkol b = Daging Buah Jengkol Gambar 2.1 Jengkol (Pithecellobium lobatum Benth) [18] Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanaman jengkol banyak mengandung zat, antara lain adalah sebagai berikut: protein, kalsium, fosfor, asam jengkolat, vitamin 6

2 A dan B1, karbohidrat, minyak atsiri, saponin, alkaloid, terpenoid, steroid, tanin, dan glikosida [19]. 2.2 KULIT JENGKOL Kulit Jengkol (Pithecellobium jiringa) selama ini tergolong limbah organik yang berserakan di pasar tradisional dan tidak memberikan nilai ekonomis [19]. Selama ini, ekstrak kulit buah jengkol digunakan sebagai larvasida untuk mencegah penyakit demam berdarah dan sebagai herbisida alami untuk pengendalian gulma di sawah tanpa menghambat pertumbuhan padi [20]. Menurut Gusnidar dkk. [13], kandungan hara kulit jengkol dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Kandungan Hara Kulit Jengkol [13] Parameter Pengamatan Kadar (%) Air 65,56 N-total 1,82 P-total 0,32 K-total 2,10 Ca-total 0,27 Mg-total 0,25 C-total 44, LIMBAH CAIR INDUSTRI PELAPISAN LOGAM Setiap hari, industri, pertanian dan populasi secara umum menggunakan air dan melepas banyak senyawa dalam limbah cairnya. Banyak artikel yang telah menulis tentang adanya senyawa polutan pada limbah cair dan lingkungan perairan. Pengolahan limbah cair sangat penting untuk mengurangi senyawa yang beracun tetapi efisiensinya tidak begitu jelas [21]. Limbah industri yang mengandung logam berat dalam konsentrasi yang tinggi dapat membahayakan kesehatan dan kerusakan lingkungan. Sasaran pengendalian limbah yang mengandung ion logam berat adalah menurunkan kadarnya sampai batas tidak membahayakan kesehatan lingkungan [5]. Logam berat telah dilepas secara besar-besaran ke lingkungan karena peningkatan pertumbuhan industri dan merupakan hal yang diperhatikan oleh dunia. 7

3 Kadmium, seng, tembaga, nikel, timah, merkuri, dan kromium sering ditemukan pada limbah cair industri, dimana berasal dari pelapisan logam, aktivitas pertambangan, produksi cat, pestisida, produksi pigmen, industri percetakan dan fotografi dan sebagainya. Berbagai penelitian mengacu pada pembuatan adsorben yang murah sebagai pengganti metode pengolahan limbah yang memerlukan biaya yang mahal seperti presipitasi, pertukaran ion, elektroflotasi, membran separasi, elektrodialisis, ekstraksi solven dan sebagainya [22]. Meningkatnya kebutuhan akan produk yang menggunakan proses elektroplating menyebabkan perkembangan industri elektroplating yang berada di Indonesia semakin meningkat. Perkembangan industri tersebut memberikan manfaat, namun menimbulkan dampak negatif dari limbah yang dihasilkan. Limbah dari proses elektroplating merupakan limbah logam berat yang termasuk dalam limbah B3 [23]. Pada industri elektroplating terdapat limbah yang berasal dari bahan-bahan kimia yang digunakan dan proses pelapisan. Bahan-bahan kimia yang digunakan beracun sehingga limbah yang dihasilkan berbahaya bagi kesehatan manusia baik yang terlibat langsung dengan kegiatan industri maupun yang di sekitar perusahaan. Limbah cair dari industri pelapisan logam umumnya mengandung krom (Cr), tembaha (Cu), seng (Zn), nikel (Ni), kadmium (Cd) dan timbal (Pb) karena logamlogam ini digunakan dalam proses produksi [5]. Karakteristik dan tingkat toksisitas dari air limbah elektroplating bervariasi tergantung dari kondisi operasi dan proses pelapisan serta cara pembilasan yang dilakukan. Pembuangan langsung limbah dari proses elektroplating tanpa pengolahan terlebih dahulu dapat merusak lingkungan. Limbah tersebut dapat mencemari lingkungan dan makhluk hidup di dalamnya baik dalam bentuk larutan, koloid, maupun bentuk partikel lainnya. Mengingat penting dan besarnya dampak yang ditimbulkan bagi lingkungan maka diperlukan pengolahan terlebih dahulu sebelum limbah dibuang ke lingkungan [23]. 2.4 LOGAM TIMBAL (Pb) Timbal adalah sebuah unsur yang biasanya ditemukan di dalam batu-batuan, tanah, tumbuhan dan hewan. Timbal 95% bersifat anorganik dan pada umumnya dalam bentuk garam anorganik yang kurang larut dalam air. Selebihnya berbentuk 8

4 timbal organik. Timbal organik ditemukan dalam bentuk senyawa Tetra Ethyl Lead (TEL) dan Tetra Methyl Lead (TML). Jenis senyawa ini hampir tidak larut dalam air, namun dapat dengan mudah larut dalam pelarut organik misalnya dalam lipid. Timbal tidak mengalami penguapan namun dapat ditemukan di udara sebagai partikel. Karena timbal merupakan sebuah unsur maka tidak mengalami degradasi (penguraian) dan tidak dapat dihancurkan [24]. Timbal dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuat baterai, amunisi, produk logam (logam lembaran, solder dan pipa), perlengkapan medis (penangkal radiasi dan alat bedah), cat, keramik, peralatan kegiatan ilmiah/praktek (papan sirkuit/cb untuk komputer) dan sebagainya [24]. Timbal akan berikatan dengan eritrosit di dalam tubuh. Timbal akan berdistribusi ke dalam ginjal dan hati serta ke dalam tulang dan sebagian kecil ke dalam gigi. Timbal dapat mempengaruhi pengeluaran zat kapur. Keracunan timbal dapat menyebabkan berbagai gejala seperti kepala pusing, suhu badan menurun, gangguan penglihatan, rambut rontok, muka pucat disertai bibir berwarna abu-abu, sukar tidur, lemah otot dan nyeri [5]. 2.5 ADSORPSI Limbah cair memiliki beberapa tingkatan tertentu dalam proses pengolahannya. Tingkatan tersebut dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1) Pengolahan Pendahuluan (PreTreatment) Dilakukan sebelum proses pengolahan yaitu pembersihan-pembersihan limbah cair berupa pengambilang benda-benda terapung maupun benda-benda mengendap seperti pasir. 2) Pengolahan Tingkat Pertama (Primary Treatment) Pengolahan primer bertujuan untuk menghilangkan bahan padat tersuspensi dengan cara pengendapan atau pengapungan dimana proses sedimentas banyak dilakukan pada pengolahan primer ini. 3) Pengolahan Tingkat Kedua (Secondary Treatment) Pada pengolahan tingkat kedua dilakukan proses biologis untuk menghilangkan bahan organik di dalam limbah cair melalui oksidasi biochemis. Metode yang sering digunakan pada fase ini adalah lumpur aktif. 9

5 4) Pengolahan Tingkat Ketiga (Tertiary Treatment) Pada pengolahan tingkat ketiga, kontaminan tertentu dihilangkan agar limbah cair dapat digunakan kembali. Pengolahan ini meliputi penggunaan chlorin untuk menghancurkan mikroorganisme patogen, penggunaan tawas untuk menghilangkan senyawa fosfor, penghilangan sisa bahan organik dan senyawa-senyawa yang menimbulkan warna menggunakan adsorben tertentu serta menghilangkan bahan padat terlarut menggunakan proses membran. [25] Pada penelitian ini dilakukan proses adsorpsi menggunakan adsorben kulit jengkol untuk menjerap ion logam Pb (II) yang merupakan pengolahan tingkat ketiga dalam pengolahan limbah cair. Adsorpsi adalah salah satu dari proses pengolahan fisika kimia yang terbukti efektif dalam mengurangi logam berat dari limbah cair [22]. Adsorpsi merupakan metode yang efektif dan murah untuk mengolah limbah cair yang mengandung logam berat. Proses adsorpsi menawarkan fleksibilitas dalam desain dan operasinya pada berbagai kasus sehingga menghasilkan produk akhir yang memiliki kualitas baik [26]. Adsorpsi adalah fenomena permukaan. Ketika cairan murni (gas atau cair) dikontakkan dengan permukaan padat (adsorben), gaya tarik antar molekul cairanpadat menyebabkan beberapa molekul fluida (adsorbat) menjadi berkumpul pada permukaan. Hal ini menciptakan daerah padat pada molekul cairan yang membentang beberapa diameter molekuler di dekat permukaan (fase terjerap). Untuk campuran multikomponen, komponen tertentu dari campuran (bahan terjerap yang dipilih) berkumpul pada permukaan akibat adanya perbedaan kekuatan tarik cairanpadat diantara komponen-komponen. Fasa terjerap ini memiliki komposisi yang berbeda dari fasa cairan bulk yang menjadi dasar pemisahan dengan teknologi adsorpsi [27]. Mekanisme yang terjadi pada proses adsorpsi dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Molekul-molekul adsorbat berpindah dari fase bagian terbesar larutan ke permukaan interface, yaitu lapisan film yang melapisi permukaan adsorben. 2. Molekul adsorbat dipindahkan dari permukaan ke permukaan luar dari adsorben. 10

6 3. Molekul-molekul adsorbat dipindahkan dari permukaan luar adsorben menyebar menuju pori-pori adsorben. Fase ini disebut dengan difusi pori. 4. Molekul adsorbat menempel pada permukaan pori-pori adsorben. [28] Adsorpsi dapat dibedakan menjadi adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya Van der Waals antara adsorbat dengan permukaan adsorben. Adsorpsi fisika ikatannya relatif lemah, bersifat reversibel dan dapat membentuk lapisan multilayer. Adsorpsi kimia terjadi karena terbentuk ikatan kovalen atau ion antara adsorbat dengan adsorben. Adsorpsi kimia ikatannya kuat, tidak reversibel dan memberntuk lapisan monolayer [29]. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi yaitu : 1. Konsentrasi Adsorbat Pada umumnya adsorpsi akan meningkat dengan kenaikan konsentrasi adsorbat tetapi tidak berbanding langsung. 2. Sifat Adsorben Semakin besar permukaan yang kontak dengan adsorbat maka akan semakin besar pula adsorpsi yang terjadi. 3. Temperatur Reaksi yang terjadi pada adsorpsi biasanya eksotermis, oleh karena itu adsorpsi akan besar jika temperatur rendah. 4. Waktu kontak dan pengadukan Waktu kontak yang cukup diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi. Jika fasa cair yang berisi adsorben diam, maka difusi adsorbat akan berlangsung lambat. Karena itu diperlukan pengadukan untuk mempercepat proses adsorpsi. 5. ph larutan Senyawa yang terdisosiasi lebih mudah diserap daripada senyawa terionisasi. Semakin asam ph maka proses pengionan akan semakin besar dan sebaliknya. Karena kecenderungan ini maka adsorpsi akan berlangsung baik pada ph asam. Akan tetapi tidak demikian karena pada umumnya adsorpsi meningkat pada kisaran ph dimana senyawa organik bermuatan netral dan senyawa ini terdisosiasi. [24] 11

7 2.6 ADSORBEN Karbon aktif merupakan adsorben yang paling sering digunakan dalam mengurangi kontaminan logam berat. Namun akhir-akhir ini ditemukan karbon aktif masih relatif mahal. Penelitian mengenai adsorben yang murah dan mudah diperoleh menjadi bahan pertimbangan saat ini [26]. Secara umum, ukuran pori adsorben dapat diklasifikasikan dalam 3 jenis, yaitu micropore, mesopore dan macropore. 1. Micropore adalah pori-pori dengan ukuran lebih kecil dari 2 nm dan ini merupakan area dimana adsorpsi dominan terjadi. Volume pori-pori ini berkisar antara 0,15-0,5 ml/g. 2. Mesopore adalah pori-pori dengan ukuran 2-50 nm dan merupakan area adsorpsi dominan kedua setelah micropore. Mesopore sering juga disebut transitional pore atau area transisi. Volume mesopore berkisar antara 0,02-10 ml/g. 3. Macropore adalah pori-pori dengan ukuran lebih besar dari 50 nm dan berfungsi sebagai pintu masuk adsorbat menuju ke dalam micropore. [30] Sifat utama yang membedakan adsorben fasa gas dan cair adalah distribusi dan ukuran pori-porinya. Karbon adsorben gas biasanya memiliki jumlah pori-pori paling banyak pada area micropore sedangkan karbon adsorben fasa cair memiliki jumlah pori-pori terbanyak pada area transisi. Namun pada umumnya, adsorben fasa cair memiliki luas permukaan hampir sama dengan adsorben gas, tapi dengan volume pori-pori yang lebih besar [30]. Adsorben dinyatakan murah apabila terdapat banyak di alam, memerlukan sedikit proses dan merupakan produk samping pada limbah industri. Limbah tanaman merupakan bahan yang ekonomis untuk dijadikan adsorben. Penelitian telah banyak dilakukan dengan menggunakan limbah tanaman yang tidak digunakan lagi sebagai adsorben. Beberapa keuntungan menggunakan limbah tanaman adalah memerlukan teknik sederhana, proses yang sedikit, kapasitas adsorpsi yang baik, adsorpsi yang selektif dari ion logam berat, biaya yang murah, banyak terdapat di lingkungan secara bebas dan mudah diregenerasi [22]. 12

8 2.7 BILANGAN IODIN Bilangan iodin merupakan parameter utama yang digunakan untuk melihat karakteristik dari adsorben maupun karbon aktif. Bilangan ini sering ditulis dengan satuan mg/g. Bilangan ini mengukur kandungan mikropori dengan cara menyerap iodin dari larutan [31]. Dalam menentukan kapasitas adsorpsi adsorben, bilangan iodin telah digunakan pada berbagai penelitian. Kemampuan adsorben dalam penyerapan senyawa iodin menunjukkan kemampuan adsorben tersebut untuk menjerap komponen dengan berat molekul yang rendah. Iodin merupakan suatu senyawa yang sedikit larut dalam air dan merupakan senyawa nonpolar. Hal ini menunjukkan bahwa adanya keterkaitan antara karakterisasi adsorben dengan mengukur kemampuan adsorpsinya terhadap larutan iodin dengan adsorptivitas karbon aktif terhadap senyawa nonpolar [30]. Iodin merupakan senyawa yang memiliki tekanan uap tinggi sehingga dalam suhu ruang iodin mudah menguap. Pada proses adsorpsi, iodin diadsorpsi dan dijerap oleh adsorben berupa karbon aktif maupun adsorben yang dimodifikasi dalam fase padatan. Proses adsorpsi terjadi karena gaya intermolekular lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben yang melibatkan gaya Van der Waals dan ikatan hidrogen [30]. Proses adsorpsi dimulai saat molekul-molekul adsorbat pada larutan iodin berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben yang disebut sebagai difusi eksternal. Kemudian adsorbat berada di permukaan adsorben dan sebagian besar berdifusi lanjut di dalam pori-pori adsorben yang disebut difusi internal. Apabila kapasitas adsorpsi masih sangat besar akan teradsorpsi dan terikat pada bagian permukaan [30]. Pada proses pelarutannya, iodin yang sedikit larut dalam air ditambahkan ke dalam larutan kalium iodida (KI) untuk mempercepat pelarutan iodin karena terbentuknya ion triiodida berdasarkan reaksi: I 2 + I - - I 3 [30] Kemudian pada proses titrasi iodin dengan natrium tiosulfat akan terjadi reaksi seperti berikut: 2- I 2 + 2S 2 O 3 2I S 4 O 6 [30] 13

9 Proses dalam menentukan bilangan iodin pada adsorben menggunakan reaksi redoks. Reaksi redoks merupakan reaksi oksidasi-reduksi dimana oksidasi merupakan setiap perubahan kimia dimana terjadi kenaikan bilangan oksidasi yang disertai kehilangan elektron, sedangkan reduksi digunakan untuk setiap penurunan bilangan oksidasi yang disertai dengan memperoleh elektron [30]. 2.9 DESKRIPSI PROSES Berdasarkan pemilihan proses pembuatan adsorben dari kulit jengkol pada tabel 2.3 dan beberapa penelitian menggunakan adsorben tertentu sebagai literatur tambahan, kulit jengkol yang akan diproses menjadi adsorben adalah adsorben yang melewati ayakan 100 mesh. Ukuran ini diadopsi dari penelitian oleh Uzami Hamzah dkk. [12]. Untuk memodifikasi adsorben dipilih aktivasi kimia menggunakan asam nitrat 4 N dengan variasi suhu aktivasi yaitu 70, 80 dan 90 dan variasi suhu pengeringan yaitu 100, 110 dan 120 o C. Variasi ini diadopsi dari penelitian oleh Agus dan Agnes [32], yang menggunakan suhu aktivasi 80 o C dan suhu pengeringan 110, 120, 130 dan 140 o C. Dalam hal ini penelitian disesuaikan pada rentang yang berdekatan dengan suhu tersebut. Adapun variasi waktu aktivasi dan waktu pengeringan yang digunakan sama, yaitu 60, 90 dan 120 menit. Variasi waktu ini berdekatan dengan waktu aktivasi yang dilakukan oleh Hamzah [12]. Adsorben yang dihasilkan kemudian dianalisa kemampuan adsorpsinya terhadap iodin yang dinyatakan dengan bilangan iodin. Adsorben yang memiliki bilangan iodin tertinggi selanjutnya akan digunakan sebagai adsorben dalam mengurangi kadar logam Pb (II) dalam limbah cair industri pelapisan logam. Pada proses adsorpsi, digunakan adsorben yang melewati ayakan 100 mesh, volume limbah cair 50 ml, kecepatan pengadukan 30 rpm, waktu kontak 30 menit yang diadopsi dari penelitian Hamzah [12] pada kondisi optimum yang diperoleh. Pada proses ini dijaga ph 5 yang diadopsi dari jurnal yang ditulis oleh Sud dkk. [17], dimana proses adsorpsi Pb (II) optimum pada ph 5 berdasarkan beberapa penelitian terdahulu. Pada proses ini dilakukan variasi dosis adsorben sebesar 0,5 ; 1 dan 1,5 gr per 50 ml limbah cair untuk mengetahui jumlah adsorben yang optimum dalam mengurangi kandungan logam Pb (II) dalam industri pelapisan logam. 14

10 Adsorben yang digunakan dalam penelitian ini akan dianalisa gugus - gugus fungsinya dengan menggunakan spektrofotometri FTIR, yang direncanakan sebanyak tiga kali, yaitu sebelum dan sesudah aktivasi dan sesudah adsorpsi. Sehingga dengan analisa tersebut dapat dilihat gugus - gugus fungsi pada adsorben untuk kemudian dikaji sejauh mana kemampuan adsorpsi adsorben terhadap logam Pb (II) dalam limbah cair industri pelapisan logam. 15