BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Kelapa Tanaman kelapa (cocos nucfera L.) merupakan salah satu tanaman yang termasuk dalam family plantae dan banyak tumbuh di daerah tropis, seperti di Indonesia. Tanaman kelapa membutuhkan lingkungan hidup yang sesuai untuk pertumbuhan produksinya. Faktor lingkungan adalah sinar matahari, temperatur, curah hujan, kelembapan, dan tanah (Palungkan, 2001 dalam Anonimous, 2013). Kelapa dikenal sebagai tanaman yang serbaguna karena seluruh bagian tanaman ini bermanfaat bagi kehidupan manusia serta mempunyai nilai ekonomis yang cukup tinggi. Buah kelapa terdiri dari beberapa komponen yaitu kulit luar (epicarp). Sabut (mescarp), tempurung kelapa (endocarp). Daging buah dan air kelapa. Adapun komposisi buah kelapa dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Komposisi buah kelapa Bagian Buah Jumlah Berat (%) Sabut Tempurung kelapa Daging buah Air kelapa 35 12 28 25 (palungkun, 2001 dalam Anonimous 2013) Bagian buah kelapa yang selama ini hanya dianggap sebagai limbah oleh masyarakat adalah tempurung kelapa. Tempurung kelapa merupakan bagian buah kelapa yang fungsinya secara biologis adalah pelindung inti buah dan terletak dibagian sebelah dalam sabut dengan ketebalan berkisar antara 3-6 mm. 5
Tempurung kelapa dikategorikan sebagai kayu keras tetapi mempunyai kadar lignin yang lebih tinggi dan kadar selulosa lebih rendah dengan kadar air sekitar enam sampai sembilan persen (dihitung berdasarkan berat kering) dan terutama tersusun dari lignin, selulosa dan hemiselulosa (Tilman, 1981 dalam Anonimous, 2013). Tempurung kelapa di Indonesia produksinya sangat melimpah dan dianggap sebagai masalah lingkungan. Tempurung kelapa dapat dimanfaatkan sebagai arang aktif (Kurniati, 2008), dimana arang aktif dari tempurung kelapa mempunyai nilai ekonomis yang tinggi (Pembayun dan Gillar dkk, 2013). Selain itu juga industri pembuatan arang aktif di Indonesia telah mengalami kemajuan yang cukup pesat. Hal ini disebabkan meningkatnya permintaan pasar. Peningkatan permintaan pasar ini disebabkan banyaknya manfaat dari arang aktif sebagai adsorben logam-logam berat seperti merkuri, fenol dan lainlain. Selain itu, tempurung kelapa merupakan bahan terbaik karena memiliki mikropori sangat banyak, kadar abu rendah, dan kelarutan dalam air sangat tinggi (Pembayun dan Gillar dkk, 2013). Serta beberapa sifat arang aktif dari tempurung kelapa antara lain adalah strukturnya sebagian besar mikropori, kekerasannya tinggi, mudah diregenerasi dan daya serap iodinnya tinggi sebesar 1100 mg/g (Actech, 2002 dalam pari, 2004 dalam Rumidatul, 2006). 2.2 Arang Aktif Arang aktif merupakan suatu padatan berpori yang mengadung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Djamitko, dkk (1985) dalam Rumidatul (2006) mengatakan 6
bahwa arang adalah suatu bahan padat yang berpori dan merupakan hasil pembakaran dari bahan yang mengadung karbon melalui proses pirolisis. Sebagian dari pori-porinya masih tertutup hidrokarbon, tar dan senyawa organik lain. Komponennya terdiri dari karbon terikat (fixed carbon), abu, air, nitrogen dan sulfur. Hartato, dkk (2010) mengatakan bahwa karbon aktif (arang aktif) merupakan karbon amorf dari pelat-pelat datar tersusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksagonal datar dengan satu atom C pada setiap sudutnya seperti yang terlihat pada Gambar 2.1. Sedangkan menurut Hendra (2006) arang aktif adalah arang yang konfigurasi atom karbonnya dibebaskan dari ikatan dengan unsur lain, serta rongga atau pori dibersihkan dari senyawa lain atau kotoran sehingga permukaan dan pusat aktif menjadi luas dan daya serap terhadap cairan dan gas akan meningkat. Gambar 2.1. Struktur Grafit dari Arang Aktif (Jankwoska, 1991 dalam Anonimous 1) 7
Suatu zat dapat digunakan sebagai adsorben bila mempunyai daya serap selektif, berpori atau mempunyai luas permukaan persatuan massa yang besar serta mempunyai daya ikat kuat terhadap zat yang hendak dipisahkan secara fisik maupun kimia (Setyaningsih, 1995 dalam Drastinawati, dkk 2012). Luas permukaan arang aktif berkisar antara 3000-3500 mg/g dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif dapat menyerap (adsorbsi) gas-gas dan uap-uap dari gas dan dapat mengurangi zat-zat dari liquida (Krik othmer,1992 dalam Kurniati, 2008). Semakin luas permukaan pori-pori, semakin tinggi daya serapnya, daya serap arang aktif sangat besar yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif (Sembiring dan Sinaga, 2003). Arang aktif dapat dibuat melalui dua tahap, yaitu tahap karbonasi dan tahap aktivasi (Kvech dan Tull, 1998 dalam Kurniati, 2008). Karbonasi merupakan proses pengarangan dalam ruangan tanpa adanya oksigen dan bahan kimia lainnya, sedangkan aktivasi diperlukan untuk mengubah hasil karbonasi menjadi adsorben yang memiliki luas permukaan yang besar. Aktivasi adalah perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika atau kimia, yaitu luas permukaanya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi (Singgih, dan Ratnawati, 2010). Pada umumnya karbon aktif dapat diaktivasi dengan dua cara, yaitu dengan cara aktivasi kimia dengan hidroksida logam alkali, garam-garam karbonat, klorida, sulfat dari logam alkali dan khususnya ZnCL 2, asam-asam 8
organik seperti H 2 SO 4 dan H 3 PO 4, dan aktivasi fisika yang merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan panas pada suhu 800 0 C hingga 900 0 C (Singgih, dan Ratnawati, 2010) Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang aktif dilakukan aktivasi dengan aktifaktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Adsorpsi merupakan suatu proses dimana suatu partikel terperangkap ke dalam struktur suatu media seolah-olah menjadi bagian dari keseluruhan media tersebut. Proses ini dijumpai terutama dalam media arang aktif atau karbon aktif (Kateran dalam Dalimunthe, 2009 dalam Arif, 2012). Menurut SII (Standar Intenasional Indonesia), arang aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada Tabel 2.2 Tabel 2.2 Persyaratan Arang Aktif Menurut SII No.0258-79 Jenis Bagian yang hilang pada pemanasan Air Abu Daya Serap terhadap Iod Persyaratan Maksimum 15 % Maksimum 10% Maksimum 2,1 % Minimum 20% (Sembiring dan sinaga, 2003) 9
2.2.1 Kegunaan Arang Aktif Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap, oleh karena itu arang aktif banyak digunakan oleh kalangan industri (Arif, 2012). Arang aktif sebagai pemucat digunakan pada industri obatobatan, penjual minyak wangi, pembersih air tanah, untuk penghilangan warna, pada makanan dan minuman serta minyak goreng. Arang aktif pada proses pemucat menghilangkan warna, sehingga menghasilkan warna yang baik. Arang aktif sebagai penyerapan, digunakan pada proses penyerapan logam yang ada pada pertambangan emas untuk meminimalisir logam-logam berbahaya yang tersebar pada lingkungan, adsorpsi radio nuklir, pada pemurnin gas untuk menghilangkan gas beracun, dan bau busuk asap. Penggunaan arang aktif secara umum dapat dilihat pada Tabel 1.3. Tabel 2.3 Penggunaan Arang Aktif Secara Umum No PEMAKAI KEGUNAAN 1 Industri obat dan makanan Menyaring, penghilangan bau dan rasa 2 Minuman keras dan ringan Penghilang warna, bau pada minuman 3 Kimia perminyakan Penyukingan bahan mentah 4 Pembersih air Penghilangan warna, bau, penghilangan resin 5 Budi daya udang Pemurnian, penghilangan amonia, netrite phenol dan logam berat 6 Indsutri gula Penghilangan zat-zat warna, menyerap proses penyaringan 10
lebih sempurna 7 Pelarutan yang digunakan kembali Penarikan kembali berbagai pelarut 8 Pemurnian gas Menghilangkan sulfur, gas beracun, bau busuk asap Selain kegunaan pada Tabel 1.3, arang (Sinaga aktif dapat dan Sembiring memperbaiki : 2003) sifat fisik, kimia dan hayati tanah. Arang aktif efektif dalam meningkatkan sifat fisik tanah seperti agregat dan kemampuan tanah mengikat air. Pada tanah berliat, arang aktif dapat membantu menurunkan kekerasan tanah dan mempertinggi kemampuan mengikat air tanah. Di dalam tanah, arang aktif memainkan peranan sebagai shelter atau rumah untuk mikroorganisme. Pori-pori kecil pada karbon aktif digunakan sebagai tempat tinggal bakteri, sedangkan pori besar dan retakan (cracks) digunakan sebagai tempat berkumpul (Anonimous, 2011). 2.2.2 Sifat Adsorpsi Arang Aktif Adsorbsi adalah suatu peristiwa fisik atau kimia pada permukaan yang dipengaruhi oleh suatu rekasi kimia antara adsorben dan adsorbat. Adsorben adalah padatan atau cairan yang mengadsorpsi sedang adsorbat adalah padatan, cairan atau gas yang diadsorbsi. Jadi proses adsorbsi dapat terjadi antara padatan dengan padatan, padatan dengan gas, gas dengan cairan dan cairan dengan padatan (Ketaren, 1986 dalam Rumidatul, 2006). Sifat adsorbsi arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorbsi, yaitu: Sifat Adsorben 11
Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Dalam proses ini terjadi pengikatan oleh permukaan adsorben padatan atau cairan terhadap adsorbat atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul gas atau cairan lainnya yang melibatkan ikatan intramolekul diantara keduanya melalui proses pengikatan, maka proses adsorpsi dapat menghilangkan warna (Kardivelu et al 2003 dalam Arif 2012). Suatu zat dapat digunakan sebagai absorben untuk tujuan pemisahan bila mempunyai daya absorbsi selektif, berpori (mempunyai luas permukaan per satuan massa yang besar dan mempunyai daya ikat kuat terhadap zat yang hendak dipisahkan secara fisik maupun kimia. Sifat serapan Banyak senyawa yang dapat di adsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari struktur yang sama. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan. Temperatur 12
Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk menyelidiki, temperatur pada saat berlangsungnnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan mengenai temperatur yang digunakan dalam adsopsi. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsorpsi adalah vikositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifatsifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna mau dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil. ph Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila ph diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila ph asam organik dinaikan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam. Waktu Singgung Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Ditentukan oleh dosis arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. 2.3 Tinjauan Tentang Logam Merkuri Merkuri, ditulis dengan simbol kimia Hg yang berarti perak cair (liquid Silver) adalah jenis logam sangat berat yang berbentuk cair pada temperatur 13
kamar, berwarna putih keperakan, memiliki sifat konduktor listrik yang cukup baik, tetapi sebaliknya memiliki sifat konduktor panas yang kurang baik. Merkuri membeku pada temperatur 38,9 C dan mendidih pada temperatur 357 C (setiabudi, dkk, 2005 dalam Mirdat, dkk 2013). Sedangkan menurut Pallar (1994) dalam Setiabudi, dkk (2005) dalam Mirdat, dkk (2013), merkuri berwujud cair pada temperatur kamar, mudah menguap (tekanan gas uapnya adalah 0,0018 mm Hg pada 25 C), terjadi pemuaian secara menyeluruh pada temperatur 396 C, dapat melarutkan berbagai logam untuk membentuk alloy yang disebut juga amalgam. Merkuri merupakan logam berat yang sangat toksis terhadap organisme. Semua bentuk merkuri, baik dalam bentuk unsur, gas maupun dalam bentuk garam merkuri organik adalah beracun. Merkuri memiliki waktu tinggal (residence time) ribuan tahun yang akan mengendap pada sedimen dan masuk serta terakumulasi dalam bentuk makhluk hidup melalui beberapa jalan yaitu: melalui pernapasan, saluran pencernaan dan kulit sehingga dapat menimbulkan kematian (Wardana, 2004 dalam anonim 2013). 2.3.1 Penagaruh Toksitas dan Efek Merkuri Terhadap Kesehatan Pengaruh merkuri terhadap kesehatan tergantung dari bentuk senyawanya. Telah disebutkan bahwa senyawa Hg-anorganik dan Hg-metalik dalam international Agency For Research on Cancer (IARC) masuk grup 3 yaitu kelompok bahan berbahaya yang tidak menimbulkan kanker bagi manusia: sedangkan metil merkuri dan senyawa-senyawanya masuk dalam group 2B yaitu kelompok bahan yang berbahaya yang mungkin bersifat karsinogen terhadap 14
manusia. Merkuri merupakan neurotoksik yaitu racun terhadap Central Nervous System (CNS). Efek dari Hg-organik adalah pada gangguan syaraf, walaupun orang lain juga terlibat seperti gastrointestinal, respiratori, hepatic, imunitas, ginjal dan kulit (Inswiasri, Sintawati, 2009). Lingkungan yang terkontaminasi oleh merkuri dapat membahayakan kehidupan manusia karena adanya rantai makanan. Merkuri terakumulasi dalam mikro-organisme yang hidup di air (sungai, danau, laut) melalui proses metabolisme. Bahan-bahan yang mengandung merkuri terbuang ke dalam sungai atau laut dimakan oleh mikro-organisme tersebut dan secara kimiawi berubah menjadi methyl merkuri. Mikroorganisme dimakan ikan dan dikomsumsi oleh manusia, sehingga dapat berbahaya bagi kesehatan (Setiabudi, 2005 dalam Mirdat, dkk 2013). Fakta menujukan di daerah Surabaya, Bandung, dan lampung yang telah terkontaminasi logam merkuri mengalami benjolan-benjolan pada kulit, tumor, cacat tubuh, dan gejala klinis lainnya. Selain itu, ikan menjadi biota laut juga menjadi sasaran limbah merkuri ini. (Widiyatna, 2005) 2.4 Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) Spektrofotometri serapan atom adalah suatu alat yang digunakan pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsur logam methaloid yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dengan keadaan bebas. Metode ini sangat tepat untuk analisi zat pada kosentrasi rendah. Teknik ini mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode spektroskopi emisi konvesional. Memang selain 15
dengan metode serapan atom, unsur-unsur dengan energi eksitasi rendah dapat juga di analisis dengan fotometri nyala, akan tetapi fotometri nyala tidak cocok untuk unsur-unsur dengan energi eksitasi tinggi. Fotometri nyala memiliki range ukur optimum pada panjang gelombang 400-800 nm, sedangkan SSA memiliki range optimun pada panjang gelombang 200-300 nm. Untuk analisis kuantitatif, metode fotometri nyala lebih disukai dari SSA, karena SSA memerlukan lampu katoda spesifik (Hallow cathode). Kemonokromatisan dalam SSA merupakan syarat utama. Suatu perubahan temperatur nyala akan menganggu proses eksitasi sehingga analisis dari fotometri nyala berfilter. Dapat dikatakan bahwa metode fotometri nyala dan SSA merupakan komplementer atau sama lainnya (Kusunawati, 2010). Metode SSA berprinsip pada adsorpsi cahaya oleh atom dimana, atomatom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) meliputi adsorpsi sinar oleh atom-atom netral unsur logam yang masih berada dalam keadaan dasarnya (Ground state). Sinar yang diserap biasanya ialah sinar ultraviolet dan sinar tampak. Prinsip spektrofotometri Serapan Atom (SSA) pada dasarnya sama seperti adsopsi sinar oleh molekul atau ion senyawa dalam larutan (Khopkar :288). 2.5 Gangguam yang terjadi pada Spekrofotometri Serapan Atom 2.5.1 Gangguan kimia Gangguan kimia terjadi apabila unsur yang dianalisis mengalami reaksi kimia dengan anion atau kation tertentu dengan senyawa yang refraktori, sehingga 16
tidak semua analit dapat teratomisasi. Untuk mengatasi gangguan ini dapat dilakukan dengan dua cara yaitu: 1) Penggunaan suhu nyala yang lebih tinggi, 2) penambahan zat kimia lain yang dapat melepaskan kation dan anion pengganggu dari ikatannya dengan analit. Zat kimia lain yang ditambahkan disebut zat pembebas atau zat pelindung (Kusunawati, 2010) 2.5.2 Gangguan Matrik Gangguan ini terjadi apabila sampel mengandung banyak garam atau asam, atau bila pelarut yang digunakan tidak menggunakan pelarut zat standar, ataubila suhu nyala untuk larutan sampel dan standar berbeda. Gangguan ini dalam analisis kuantitatif. Untuk mengenai gangguan ini dalam analisis kuantitatif dapat digunakan cara analisis penambahan standar (Standar Adisi) (Kusunawati, 2010) 2.5.3 Gangguan Ionisasi Gangguan ionisasi terjadi bila suhu nyala api cukup tinggi sehingga mampu melepaskan elektron dari atom dan membentuk ion positif. Pembentukan ion ini mengurangi jumlah aom netral, sehingga isyarat adsorbsi akan berkurang juga. Untuk mengatasi masalah ini dapat dilakukan dengan penambahan larutan unsur yang mudah diionkan atau atom yang lebih elektropositif dari atom yang dianalisis, misalnya Cs, Rb, K, dan Na. Penambahan ini dapat mencapai 100-2000 ppm (Kusunawati, 2010) 2.6 Kelebihan dan Kelemahan AAS Menurut Syeam (2012) keunggulan dan kelemahan SSA sebagai berikut: 1. Beberapa keunggulan SSA, yaitu : 17
a. Sensitivitas (kepekaan): cara ini sangat pekat, banyak unsur dapat ditentukan pada kadar ppm, bahkan beberapa unsur dengan teknik tertentu dapat ditentukan dalam orde ppb. b. Selektifitas : cara ini sangat selektif, sehingga dapat menentukan beberapa unsur sekaligus dalam suatu larutan cuplikan tanpa perlu pemisahan. c. Ketelitian dan Ketepatan: ketelitian SSA relatif baik karena gangguangangguan dalam pengukuran ternyata kurang dibandingkan instrumen lain. Ketepatan SSA cukup baik, karena sederhannya isyarat dan telitinya hasil pengukuran yang menjadi dasar pembuatan kurva kalibrasi. 2. Beberapa kelemahan SSA, yaitu: a. Beberapa unsur tidak mudah menghasilkan uap atom dalam keadaan dasar ketika mencapai nyala, seperti terdisosiasinya senyawa stabil sehingga menghalangi deteksi dan penetapan, misalnya Al, Mo, Si dan Ti b. Beberapa nyala lebih tepat untuk unsur-unsur tertentu, maka bertambahnya contoh yang akan ditentukan memerlukan tidak hanya satu penukaran sumber cahaya dan setting, tetapi juga penukaran nyala, pembakaran dan sumber gas. 18