BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kegiatan manusia dalam produksi dari berbagai industri, pertambangan, pertanian, transportasi dan lain-lain, dapat melepaskan logam berat dalam jumlah besar ke biosfer. Sumber utama polusi logam adalah pembakaran bahan bakar minyak, peleburan bijih logam, penggunaan pupuk dan pestisida, dan lain-lain [1]. Istilah "logam berat" mengacu pada setiap elemen logam yang memiliki densitas relatif tinggi dan beracun walaupun pada konsentrasi rendah. Istilah logam berat ini berlaku untuk kelompok logam maupun metaloid (semi logam) yang memiliki massa jenis lebih besar dari 4 g/cm 3 atau 5 kali lebih besar dari massa jenis air. Logam berat merupakan konstituen alami dari kerak bumi, dan kontaminan lingkungan yang berkelanjutan karena tidak dapat rusak atau dihancurkan. Sebagian kecil dapat memasuki sistem tubuh melalui makanan, udara dan air dan menumpuk dalam tubuh makhluk hidup selama hidupnya [2]. Salah satu contoh logam berat yang sangat berbahaya adalah logam kadmium (Cd). Cd merupakan logam yang sangat beracun, umumnya ditemukan dalam industri yang digunakan secara ekstensif dalam elektroplating/penyepuhan, industri cat, dan pembuatan beberapa jenis baterai. Ambang batas Cd telah ditetapkan dalam standar tertentu untuk industri pada umumnya, pembuatan galangan kapal, industri konstruksi, dan industri pertanian [3]. Sejumlah besar metode (pertukaran ion konvensional, adsorpsi, elektrolitik atau ekstraksi cair, filtrasi membran) telah dikembangkan untuk dekontaminasi air industri. Adsorpsi merupakan proses pemisahan yang terkenal dan metode yang efektif untuk aplikasi dekontaminasi air. Adsorpsi telah diketahui lebih unggul dibandingkan teknik lain untuk pemurnian air dalam fleksibilitas dan kesederhanaan desain, kemudahan operasi dan tidak sensitif pada polutan beracun [4]. Meskipun teknik adsorpsi ini fleksibel dan mudah dilakukan, bahan adsorben yang baik biasanya mahal atau tidak dapat diregenerasi untuk pengaplikasian dalam skala besar. Material adsorben yang murah, terbarukan, dan mudah tersedia merupakan masalah yang penting. Pasir dapat menjadi pilihan yang tepat sebagai 1
material adsorben, karena melimpah dan mudah diperoleh di alam. Banyak penelitian adsorpsi pasir yang telah dilakukan pada ion logam berat (Cu, Ni), unsur-unsur radioaktif (uranium), zat warna, protein prion patogen, dll, dalam air limbah atau tanah. Adsorben pasir dibagi menjadi dua kelas, pasir alami, dan pasir yang dimodifikasi dengan melapisinya dengan logam lain seperti besi dan mangan. Kapasitas adsorpsi pasir dipengaruhi oleh ph, kekuatan ion, dan sifat kation divalen dalam fasa larutan. Karena pasir tidak berpori-pori maka adsorpsi hanya bisa terjadi pada bagian luar permukaan pasir. Area spesifik dan kinerja permukaan merupakan faktor penting bagi kapasitas penyerapan [5]. Berikut penelitian yang telah dilakukan tentang pembuatan adsorben dari pasir dapat dilihat pada tabel 1.1. Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir Sebagai Adsorben Nama Peneliti (Tahun) Penelitian Hasil Penelitian Topik Kajian Han et al. Haryanto dan Chang - Pasir modifikasi dengan FeS - Menyerap logam As - Variasi ph 5, 7 dan 9 - Variasi adsorben 100, 200 dan 500 gr/l - Menggunakan larutan buffer C 2H 3NaO 2 untuk ph 5, 3-(N-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) untuk ph 7 dan N-cyclohexyl-2- aminoethanesulfonic acid (CHES) untuk ph 9 - Surfaktin - Rhamnolipid - 100 gr pasir ukuran 320 µm - Menyerap Cu dan Cd - 100 ml larutan ion logam 50 ppm - ph pelarut logam 4,5-150 rpm - Waktu kontak 24 jam - ph surfaktin 8 - ph rhamnolipid 5,6 - Pasir modifikasi dengan FeS mampu menyerap logam As - Adsorpsi logam As hampir 100% pada ph lebih rendah dari 7 - Daya adsorpsi menurun pada ph diatas 7 dan mencapai maksimum pada ph 9 - Densitas ion logam Cd dan Cu yang mampu diserap pasir masingmasing 5,85 dan 13,45 mg/kg - Biosurfaktan dengan foam menyerap ion logam lebih banyak dari permukaan pasir dibandingkan biosurfaktan tanpa foam Dependence of particle concentration effect on ph and redox for arsenic removal by FeS-coated sand under anoxic conditions ELSEVIER Foamenhanced removal of adsorbed metal ions from packed sands with biosurfactant solution flushing ELSEVIER 2
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir Sebagai Adsorben (Lanjutan) Nama Peneliti Penelitian Hasil Penelitian Topik Kajian (Tahun) Shi et al. - Pasir - Menyerap Rhodamin B (RhB) dan Rhodamin 6G (Rh6G) - Variasi ph 2-10 - Dilakukan pada temperatur kamar - Waktu kontak selama 60 menit - Pasir mampu menyerap jenis pewarna RhB - Waktu optimal pada 15 menit dan konstan pada 60 menit - Kapasitas adsorpsi sebesar 5.5 mg/g pada adsorpsi batch dengan ph optimum = 2 - Kapasitas adsorpsi sebesar 3 mg/l pada adsorpsi column dengan ph optimum=5,6 - Adsorben pasir dapat digunakan kembali setelah dicuci (batas pemakaian ulang 10 kali) Batch and column adsorption of dye contaminants using a lowcost sand adsorbent SPRINGER Thambavani dan Kavitha - Pasir Palung - Menyerap logam Cr - Ukuran pasir 150 mesh - ph 2,0-8,0 - Variasi massa adsorben 0,05; 0,07; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3 dan 0.4 gr - Variasi konsentrasi logam berat 10, 20, 30, 40,50,60,70, 90, 100 mg/l - Variasi kecepatan pengaduk 100, 200,300,400, 500, 600, 700, 800 rpm - Variasi waktu kontak 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135 min - Waktu optimum 20 menit pertama - ph optimum 2 - Semakin banyak adsorben maka semakin banyak pula logam yang dapat diserap - Kecepatan pengadukan optimum pada 500 rpm - Persen logam Cr yang terserap semakin menurun seiring bertambahnya logam Cr yang ditambahkan pada kondisi massa adsorben yang tetap - Waktu kontak optimum 90 min Removal of Chromium (VI) Ions by Adsorption Using Riverbed Sand from Tamilnadu - A Kinetic Study - International Journal of Research 3
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir Sebagai Adsorben (Lanjutan) Nama Peneliti Penelitian Hasil Penelitian Topik Kajian (Tahun) Gusain et al. (2013) - Pasir modifikasi - Meyerap logam Cu - Variasi temperatur 25 o C, 35 o C dan 45 o C - Waktu kontak 60 menit - Pasir modifikasi sangat efektif menyerap Cu - ph optimum dicapai saat ph = 6,5 - Waktu optimum adsorpsi ialah 5 menit dan mencapai kesetimbangan pada 30 menit - Adsorpsi meningkat dengan meningkatnya suhu menunjukkan sifat endotermik proses adsorpsi Kinetic and thermodynamic studies on the removal of Cu(II) ions from aqueous solutions by adsorption on modified sand ELSEVIER Berdasarkan uraian di atas, maka pasir sesuai untuk digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan adsorben untuk meminimalkan dampak pencemaran logam berat pada lingkungan. 1.2 Perumusan Masalah Adapun permasalahan yang akan diteliti yaitu sejauh mana pengaruh ukuran adsorben, kecepatan pengadukan, dan konsentrasi awal larutan terhadap kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd) dengan menggunakan pasir hitam sebagai adsorben. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mempelajari pengaruh ukuran adsorben terhadap kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd) 2. Mempelajari pengaruh kecepatan pengadukan terhadap kemampuan adsorpsi ion logam kadmium (Cd) 3. Mempelajari pengaruh konsentrasi awal ion logam kadmium (Cd) terhadap kemampuan adsorpsinya 4. Menentukan pemodelan kinetika adsorpsi dan kinetika difusi. 4
1.4 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat : 1. Memberikan informasi bahwa pasir hitam dapat dijadikan bahan baku dalam pembuatan adsorben. 2. Memberikan informasi bahwa pasir hitam berpotensi sebagai adsorben yang sangat murah karena jumlahnya yang berlimpah di alam sehingga pembuatan adsorben ini menjadi lebih mudah dalam mencari bahan bakunya. 1.5 Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, dan Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi,. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu pasir hitam sebagai bahan baku adsorben dan kadmium asetat dihidrat (Cd(CH3COO)2.2H2O) sebagai bahan yang akan diadsorbsi secara batch. Variabel yang digunakan adalah : Pasir Hitam Ukuran = 10, 20 dan 40 mesh Proses pencampuran 1 Kecepatan pengadukan = a) 100 rpm [6] b) 150 rpm [7] c) 200 rpm 2 Waktu adsorbsi = 2 jam, untuk menghitung kinetika adsorpsi dengan pengambilan sampel 2 ml setiap 10 menit 3 Konsentrasi (Cd(CH3COO)2.2H2O) = a) 30 ppm b) 50 ppm [7] c) 70 ppm 5
Variabel tetap : 1 Suhu adsorbsi = 24 o C 2 Volume larutan = 100 ml [7] 3 Massa adsorben = 10 gr 4 ph larutan = 4,5 [7] Parameter yang dianalisis pada adsorben adalah : A. Pada proses pencucian adsorben: Analisis ph. B. Pada proses pengeringan adsorben Analisis massa. C. Pada proses adsorpsi 1. Analisis pengaruh ukuran partikel adsorben. 2. Analisis pengaruh kecepatan pengadukan adsorben. 3. Analisis pengaruh konsentrasi ion Cd. 4. Analisis kinetika adsorpsi. 6