Pemanfaatan Biomaterial Berbasis Selulosa (TKS dan Serbuk Gergaji) Sebagai Adsorben Untuk Penyisihan Ion Krom dan Tembaga Dalam Air Ratni Dewi 1, Fachraniah 1 1 Politeknik Negeri Lhokseumawe ABSTRAK Kehadiran logam berat dalam limbah industri dapat menimbulkan masalah bagi lingkungan, khususnya kehidupan akuatik. Untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air. Salah satu metode pengolahan tersebut adalah melalui proses adsorpsi. Pada penelitian ini tandan kosong sawit (TKS) dan serbuk kayu meranti yang merupakan limbah padat dari perkebunan sawit dan kegiatan pengetaman, digunakan sebagai adsorben untuk menyisihkan ion tembaga (Cu) dan Kromium (Cr) dalam air. Penelitian ini dilakukan dengan sistem batch. Sebelum digunakan sebagai adsorben, kedua adsorben diaktifasi dengan menggunakan larutan etanol-toluen dengan perbandingan 1:1. Selain jenis logam juga divariasikan konsentrasi ion logam yaitu 1 ppm -5 ppm, serta waktu kontak mulai 15 menit hingga 9 menit. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan aktifasi, kedua adsorben memberikan tingkat penyisihan ion krom dan tembaga, yang jauh lebih besar yaitu 96,21 % dan 94,83 % dibandingkan tanpa aktifasi yang hanya sebesar 87,93 % dan 84,48%. Kondisi ini diperoleh pada waktu kontak 9 menit. Proses adsorpsi kedua logam menunjukkan selektifitas penjerapan yang berbeda, yakni Cr > Cu. Kata Kunci : Adsorpsi, TKS, serbuk kayu, Batch, krom, tembaga PENDAHULUAN Pencemaran lingkungan perairan yang disebabkan oleh logam berat yang berasal dari limbah industri sudah lama diketahui. Limbah cair yang mengandung logam berat menjadi masalah yang serius karena persenyawaan logam di perairan sulit diuraikan oleh mikroorganisme. Senyawa kimia yang sangat beracun bagi organisme hidup dan manusia adalah yang mempunyai bahan aktif dari logam-logam berat. Daya racun yang dimiliki oleh bahan aktif logam berat akan bekerja sebagai penghalang kerja enzim dalam proses fisiologis atau metabolisme tubuh, sehingga proses metabolisme terputus. Salah satu logam tersebut adalah krom (Cr) dan tembaga (Cu). Penggunaan biomaterial merupakan salah satu teknologi yang dapat dipertimbangkan, mengingat materialnya mudah di dapatkan dan membutuhkan biaya yang relatif murah. 1
Beberapa material seperti lumut, daun teh dan sekam padi telah digunakan sebagai bahan penyerap logam berat dalam air. Pada penelitian ini akan diteliti penggunaan Tandan Kosong Sawit (TKS) dan serbuk gergaji sebagai adsorben untuk menyisihkan ion krom dan tembaga dalam air. METODE PENELITIAN Persiapan TKS dan Serbuk Gergaji Kayu Meranti Sebagai Adsorben. Tahapan ini dimaksudkan untuk mempersiapkan TKS dan serbuk kayu meranti, agar dapat digunakan dalam pengoperasian, yaitu sesuai dengan ukuran yang diinginkan. Tahapannya sebagai berikut: - Mula-mula TKS dibersihkan dan dikeringkan, kemudian dipotong dengan ukuran 5 cm. - TKS yang telah kering dihaluskan dengan crusher dan diayak pada ukuran 35 mesh. - Dilanjutkan dengan tahap aktivasi, yaitu perendaman dengan menggunakan larutan etanoltoluen (1:1) selama 1 jam - Serbuk kayu disaring kemudian dicuci dengan aquadest pada ph normal (6-7) - Serbuk kayu dikeringkan kembali dalam oven pada T=15 O C selama 2 jam. - TKS ini akan digunakan sebagai adsorben untuk penyisihan ion krom dan tembaga, - Langkah diatas diulangi untuk persiapan adsorben serbuk kayu meranti. Pelaksanaan Proses Adsorpsi Secara Batch Percobaan adsorpsi secara batch menggunakan alat jar test, dengan prosedur sebagaimana berikut ini : - Larutan krom dengan konsentrasi 1 5 ppm dimasukkan ke dalam lima beaker glass ukuran 1 L dengan volume 5 ml - Adsorben TKS sebanyak 1 gr ditambahkan ke dalam masing-masing beaker glass. - Diaduk dengan menggunakan alat jar test dengan kecepatan rpm selama variasi waktu (15-9 menit). - Larutan sampel kemudian disaring dengan kertas saring whatman, supernatan yang diperoleh diuji konsentrasi krom yang tersisa dengan alat spektrofotometer. - Ulangi langkah di atas untuk adsorben serbuk kayu dan larutan Cu. 2
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Konsentrasi Awal Adsorbat Konsentarsi awal adsorbat divariasikan mulai konsentrasi 1 mg/l, mg/l, 3 mg/l, mg/l, dan 5 mg/l. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada konsentrasi sorbat yang tinggi, efisiensi penyisihan akan semakin rendah. Hal ini terlihat dalam gambar 1 dan 2. % Rem oval 1 9 8 7 5 3 1 1 3 5 Konsentrasi Ion Cu t= 3 mnt t= mnt t = 9 mnt Gambar 1. Kurva Penyisihan Ion Cu Dengan Adsorben Kayu Meranti Teraktivasi Pada konsentrasi 1 mg/l 3 mg/l, efisiensi penyisihan adsorbat paling baik dicapai, baik untuk ion Cu 2+ maupun ion krom (Cr 6+ ), dengan efisiensi tertinggi sebesar 94,83 % dan 96,21 % (adsorben kayu meranti teraktivasi). Hal ini sesuai dengan teori yang dikemukakan oleh Ruthven (1984), bahwa konsentrasi solut berpengaruh terhadap proses adsorpsi, tapi tidak bergantung pada gradien konsentrasi. Di samping itu diperkirakan bahwa dalam larutan yang relatif encer, jarak antara satu molekul dengan molekul lainnya lebih kecil. Dengan demikian gangguan ikatan antara molekul sorbat yang telah berikatan dengan adsorben lebih sedikit. Molekul sorbat yang dapat bergerak lebih bebas dalam larutan dengan konsentrasi rendah mempercepat proses adsorpsi. 3
1 1 % Removal 8 t = 3 mnt t = mnt t = 9 mnt 1 3 5 Konsentrasi Ion Cr Gambar 2. Kurva Penyisihan Ion Krom Dengan Adsorben Kayu Meranti Teraktivasi Pengaruh Jenis Adsorben Pada penelitian ini menggunakan dua Jenis adsorben, yakni kayu meranti dan tandan kosong sawit (TKS). Perbedaan yang cukup besar dihasilkan oleh kedua adsorben dalam penyisihan ion cu dan krom. Pada kondisi perlakuan awal adsorben yang divariasikan, yakni dengan aktivasi dan tanpa aktivasi, adsorben kayu meranti menghasilkan efisiensi penyisihan ion Cu dan krom yang paling baik (gambar 1dan 2). Hal ini jauh berbeda dibandingkan kemampuan TKS dalam menjerap kedua ion logam tersebut, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 dan gambar 4. 8 7 % Rem oval 5 3 1 1 3 5 Konsentrasi Ion Cu t = 3 mnt t = mnt t = 9 mnt Gambar 3. Kurva Penyisihan Ion Cu Dengan Adsorben TKS Teraktivasi Perbedaan daya sorpsi antara kedua adsorben ini sangat berkaitan dengan komposisi kimia yang dimiliki oleh keduanya. Berdasarkan Badan Penelitian Hasil Hutan Bogor Indonesia (1989), 4
kandungan lignin dan selulosa pada kayu meranti sebesar 33 % dan 5 %. Harga ini jauh lebih tinggi dibandingkan kandungan lignin pada TKS yakni 15,6 % (Ponten, 1996) atau hanya berkisar 5 % dari kandungan lignin pada kayu meranti. 9 8 7 % Removal 5 3 1 Konsentrasi Ion Cr t = 3 mnt t = mnt t = 9 mnt Gambar 4. Kurva Penyisihan Ion Krom Dengan Adsorben TKS Teraktivasi Oleh karena itu, kemampuan kayu meranti untuk menyerap ion tembaga jauh lebih besar. Proses adsorpsi ion Cu 2+ dan Cr 6+ dapat berlangsung secara fisik yaitu melalui pori-pori adsorben maupun secara kimia. Secara kimia melalui interaksi gugus karbonil (CO) dan hidroksidanya (OH). Gugus-gugus ini dapat mengikat ion Cu 2+ dan Cr 6+ melalui ikatan ion-ion atau ion-polar (Mamari, 1997 dalam Setyawan, 6). Hal ini sesuai dengan sebelumnya yaitu Setyawan (6) yang menyatakan bahwa selulosa dan lignin memegang peranan yang sangat penting dalam proses adsorpsi ion logam berat, karena terjadinya ikatan kovalen termasuk juga dengan gugus karbonil. Proses adsorpsi ion Cu 2+ dan Cr 6+ oleh serbuk kayu ini terjadi melalui ikatan koordinasi antara kation Cu 2+ / Cr 6+ yang bertindak sebagai ion pusat dan selulosa serta lignin sebagai ligan. Pengaruh Jenis Logam Berat (Adsorbat) Dari proses adsorpsi yang telah dilakukan, efisiensi penyisihan paling tinggi diperoleh sebesar 94,83 % untuk ion Cu dan 96,21 % untuk ion Cr. Diantara kation-kation tersebut, dikenal adanya taraf jerapan yang berbeda. Umumnya ion dengan ukuran terhidrasi yang lebih kecil dijerap secara prefensial. Ion-ion divalent biasanya diikat lebih kuat dari pada ion-ion 5
monovalen. Pada deret selektivitas, Mg 2+ > Ca 2+ >Na + > NH4 +., artinya kation dengan valensi yang lebih besar akan lebih mudah untuk diadsorpsi. Selain itu jari-jari kation sangat mempengaruhi kecepatan suatu senyawa yang terjerap pada permukaan padatan. Semakin kecil jari-jari kation akan lebih mudah untuk diadsorpsi (untuk ion dengan valensi yang sama). KESIMPULAN 1. Adsorben yang diaktifasi mampu menyerap ion logam (Cu dan Cr) lebih baik dibandingkan tanpa aktifasi. 2. Penyisihan ion krom paling banyak dicapai dengan adsorben serbuk kayu meranti teraktifasi pada waktu kontak 9 menit, yaitu sebesar 96,21% 3. Penyisihan ion tembaga (Cu) paling banyak dicapai dengan adsorben serbuk kayu meranti teraktifasi pada waktu kontak 9 menit, yaitu sebesar 94,83 % 4. Perbedaan ion logam dalam proses adsorpsi dengan kedua adsorben, menunjukkan selektivitas yang berbeda, yaitu Cr >Cu. 5. Dari kedua adsorben yang digunakan, kayu meranti mampu menjerap kedua ion logam jauh lebih baik dibandingkan TKS DAFTAR PUSTAKA Ahmad Fadli (2), Tinjauan Waktu Kontak dan Suhu Pemanasan Pada Penjerapan Fenol Dengan Tandan Kosong Sawit (TKS) Sebagai Adsorben, Laporan Penelitian. Bastian (2), Adsorpsi Merkuri Dalam Air Oleh Partikel Kayu, Disertasi Program Doktor, ITB Bandung Benefield, L.D, J.F. Judkins, B.L Weand, Process Chemistry For water And Waste Water Treatment, Prentice Hall Inc., New Jersey, 1982 Badan Penelitian Hasil Hutan Bogor Indonesia, 1989 Cevlan H (5), Removal of Heavy Metal Cations From Aqueous Solution By Adsorption Onto Natural Kaolin, Adsorption Science and Tchnology, Vol. 23 Dianaati-Tilaki (3), Study On Removal Of Cadmium From Water Environment By Adsorption On GAC, BAC And Biofilter, Diffuse Pollution Conferences, Dublin H. Izanloo et al (5), Cadmium Removal From Aqueous Solution by Ground Pine Cone, Iranian Journal Environmental Science Engineering, Vo.2 No.1, pp.32-42 6
7