BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan industri di Indonesia, termasuk di Yogyakarta, selain membawa dampak positif juga menimbulkan dampak negatif, seperti terjadinya peningkatan jumlah limbah yang dibuang ke lingkungan. Salah satu penghasil limbah yang ada di Yogyakarta adalah industri elektroplating (pelapisan logam). Limbah elektroplating biasanya mengandung berbagai ion logam seperti krom (Cr), nikel (Ni), tembaga (Cu), dan seng (Zn). Diantara ion-ion logam tersebut yang konsentrasinya relatif tinggi dalam limbah adalah ion Cr(VI) karena merupakan logam pelapis yang utama. Pembuangan limbah yang mengandung ion Cr(VI) ke lingkungan dapat menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan perairan. Pencemaran lingkungan perairan oleh Cr(VI) dapat membahayakan kesehatan manusia karena spesies Cr(VI) sangat beracun yang dapat menimbulkan iritasi kulit, rasa mual, kanker saluran pernapasan dan paru-paru (Roney dkk., 2002). Mengingat bahaya yang ditimbulkan ion Cr(VI) maka batas kadar maksimum yang diperbolehkan oleh pemerintah sangat rendah yaitu 0,1 mg/l (Anonim, 2004). Agar memenuhi syarat penetapan baku mutu lingkungan tersebut maka limbah yang mengandung ion Cr(VI) harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan. Berbagai metode untuk menghilangkan ion Cr(VI) dari lingkungan telah banyak dipelajari, antara lain metode biologi, adsorpsi dan fotoreduksi. Metode penghilangan Cr(VI) secara biologi telah dilakukan dengan menggunakan bakteri atau biomassa (Mistry dkk., 2010; Liu dkk., 2007 dan Park dkk., 2005). Metode ini cukup efektif karena konsentrasi ion Cr(VI) menurun cukup signifikan, namun teknik ini relatif sulit dan mahal. Metode lain yang telah digunakan untuk penghilangan ion Cr(VI) adalah adsorpsi, yaitu dengan menggunakan adsorben karbon aktif (Mohamed dkk., 2012 dan Gupta dkk, 2011) dan zeolit (Silva dkk., 2008 dan Barakat, 2008). 1
2 Metode tersebut sederhana, murah dan efektif, namun tidak menghilangkan sifat racun dari logam tersebut, melainkan hanya memindahkan ion logam dari larutan ke padatan adsorben atau bahan penukar ion. Selain itu, jika adsorben telah jenuh oleh ion logam berat maka akan menjadi limbah padat yang berbahaya karena masih mengandung ion logam berat dengan konsentrasi yang relatif besar. Selain metode bioadsorpsi dan adsorpsi yang lain telah dikembangkan untuk mengatasi ion Cr(VI) adalah fotoreduksi (Rusmini, 2005). Metode ini merupakan reduksi suatu ion dengan menggunakan cahaya dan serbuk TiO 2 sebagai fotokatalis. Reduksi ion logam dapat terjadi oleh adanya elektron yang dihasilkan oleh air sebagai pelarut dan fotokatalis selama penyinaran dengan sinar UV. Reduksi semacam ini juga disebut dengan fotoreduksi. Dalam proses fotoreduksi ion Cr(VI) yang toksik akan tereduksi menjadi ion Cr(III) yang tidak toksik, bahkan berguna bagi mamalia. Jadi dengan metode ini, ion Cr(VI) mengalami detoksifikasi. Metode fotoreduksi terkatalisis TiO 2 memiliki kelebihan karena hanya memerlukan cahaya ultraviolet dan fotokatalis yang relatif murah serta aman (Kanki dkk., 2004 dan Wang dkk., 2004). Keberadaan ion Cr(VI) dalam limbah cair elektroplating biasanya bersama dengan logam lain seperti ion Fe(III), Cu(II), Ni(II) dan Zn(II). Dalam proses fotoreduksi keberadaan logam tersebut dimungkinkan dapat berpengaruh terhadap fotoreduksi ion Cr(VI). Pengaruh ion logam terhadap fotoreduksi ion Cr(VI) telah menarik perhatian dan diteliti beberapa peneliti. Pengaruh ion Fe(III) terhadap ion Cr(VI) telah dipelajari oleh (Prasetya 2009). Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa adanya ion Fe(III) dapat meningkatkan efektivitas fotoreduksi ion Cr(VI). Dalam proses tersebut, ion Fe 3+ tereduksi menjadi ion Fe 2+ dan ion Fe 2+ ini dengan cepat mengalami oksidasi. Oksidasi oleh radikal OH yang ada dalam sistem larutan akan membentuk Fe(III) dengan melepaskan elektron yang kemudian digunakan untuk mereduksi ion Cr(VI). Oleh karena itu jumlah elektron yang tersedia dalam sistem reaksi terjaga dan efektivitas fotoreduksi ion Cr(VI) meningkat. Penelitian tentang pengaruh asam organik dan logam berat terhadap fotoreduksi ion Cr(VI) juga telah dipelajari oleh Wahyuni dkk. (2011). Dari penelitian tersebut diperoleh
3 kesimpulan bahwa adanya asam oksalat dan malonat sebagaiman ion Fe(III) dan Pb(II) dapat meningkatkan fotoreduksi ion Cr(VI) menjadi ion Cr(III) yang tidak toksik. Asam organik dan ion logam berat tersebut berperan dalam meningkatkan fotoreduksi ion Cr(VI) karena keduanya dapat bereaksi dengan radikal OH sehingga dapat mencegah penggabungan kembali radikal OH dengan elektron. Dengan demikian elektron dalam sistem tidak berkurang, sehingga reaksi fotoreduksi berjalan lebih efektif. Namun sejauh ini pengaruh ion Cu(II) dan Ni(II), yang ada bersama dengan ion Cr(VI), terhadap efektivitas ion Cr(VI) belum pernah dilaporkan. Sementara itu telah dilaporkan bahwa ion Cu(II) dapat mengalami fotoreduksi menjadi ion Cu(0) (Day dan Underwood, 2002). Selain itu ion Cu(II) juga dapat teradsorp di permukaan fotokatalis sehingga dapat mempengaruhi aktivitas TiO 2. Keadaan ini dimungkinan dapat mempengaruhi proses fotoreduksi ion Cr(VI) menjadi ion Cr(III). Namun hal ini belum banyak dilaporkan. Untuk ion Ni(II) yang tidak dapat mengalami reduksi, namun dapat teradsop pada permukaan fotokatalis sehingga dapat mengganggu kinerja fotokatalis (Lin dan Rajeshwar, 1997). Namun pengaruh adanya ion Cu(II) dan Ni(II) belum banyak dilaporkan. Hal ini mendorong dilakukannya penelitian ini untuk mempelajari pengaruh adanya ion Cu(II) dan Ni(II) terhadap efektivitas fotoreduksi ion Cr(VI) dalam limbah cair elektroplating terkatalisis TiO 2. 1. 2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini yaitu: 1. Mempelajari pengaruh konsentrasi ion Cu(II) terhadap efektivitas fotoreduksi ion Cr(IV) dalam limbah buatan yang terkatalisis TiO 2. 2. Mempelajari pengaruh konsentrasi ion Ni(II) terhadap efektivitas fotoreduksi ion Cr(IV) dalam limbah buatan yang terkatalisis TiO 2. 3. Mempelajari fotoreduksi Cr(VI) dalam limbah cair elektroplating yang mengandung Cu(II) dan Ni(II). 4. Mempelajari pengaruh fotoreduksi ion Cr(VI) terhadap kristalinitas TiO 2 sebelum dan setelah digunakan dalam proses fotoreduksi.
4 1. 3 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang pengaruh ion Cu(II) dan Ni(II) terhadap efektivitas fotoreduksi ion Cr(VI) terkatalisis TiO 2 sebagai alternatif pengolahan limbah.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kromium 2.1.1. Sifat-sifat kromium Kromium merupakan salah satu logam transisi dengan simbol Cr, memiliki nomor atom 24 dengan massa atom relatif sebesar 51,996. Logam kromium berwarna putih, berkilau, dan rapuh dengan titik lebur tinggi sekitar 2000 C (Costa dan Klein, 2006). Di dalam lingkungan perairan, kromium membentuk tiga jenis ion, yaitu kromium(ii), kromium(iii) dan kromium(vi). Kromium dengan bilangan oksidasi +3 dan +6 relatif stabil dibandingkan Cr(II), sehingga lebih banyak ditemukan di perairan. Dalam air dengan ph asam, Cr(II) dan Cr(III) berbentuk kation yaitu Cr 2+ dan Cr 3+ sedangkan Cr(VI) berbentuk anion antara lain CrO 4 atau Cr 2 O 7. Ion Cr 2+ cepat teroksidasi menjadi Cr 3+ yang lebih stabil dalam lingkungan aerobik, dan mengendap sebagai Cr(OH) 2 pada ph mendekati 6, sedangkan Cr 3+ pada rentang ph 5,5-9 membentuk endapan Cr(OH) 3. Dalam lingkungan perairan, ion Cr(VI) berada dalam bentuk anion yang spesiasinya sangat dipengaruhi oleh ph larutan (Gambar 2.1). Gambar 2.1 menunjukkan bahwa pada ph 1-8, spesies tersebut terdeprotonasi membentuk spesies HCrO - 4 yang berada dalam kesetimbangan dengan ion dikromat Cr 2 O 7. Jumlah spesies ini akan mengalami penurunan dan hilang pada ph 9-10, yang disertai dengan munculnya spesies CrO 4 yang jumlahnya semakin banyak seiring dengan kenaikan ph larutan. Larutan dengan ph di atas 9, spesies Cr(VI) yang ada adalah ion kromat (CrO 4 ). 5
6 Gambar 2.1. Distribusi Cr(VI) pada berbagai fungsi ph (Palmer dan Puls, 1994) Adapun reaksi kesetimbangan ketiga spesies Cr(VI) ditunjukkan oleh persamaan 2.1 sampai 2.3 (Cotton dan Wilkinson, 1999) sebagai berikut: - HCrO 4 CrO 4 + H + K = 10-5,9.. (2.1) - H 2 CrO 4 HCrO 4 + H + K = 4,1.. (2.2) Cr 2 O 7 + H 2 O 2HCrO 4 - K = 10-2,2.. (2.3) Jumlah kromium(vi) total dinyatakan sebagai : - Cr(VI) total = H 2 CrO 4 + HCrO 4 + CrO 4 + 2x Cr 2 O 7 Ion dikromat (Cr 2 O 7 ) pada suasana asam dalam larutan berair merupakan oksidator yang kuat atau mudah mengalami reduksi, sebagaimana ditunjukkan oleh harga potensial reduksi yang besar yaitu +1,33 volt (Cotton dan Wilkinson, 1999). Reaksi setengah selnya dapat dituliskan seperti persamaan (2.4). Cr 2 O 7 (aq) + 14H + (aq) + 6e - 2Cr 3+ (aq) + 7H 2 O E 0 = 1,33 V..(2.4) Dalam larutan basa, ion Cr(VI) dapat mengalami reduksi menjadi Cr 3+, kemudian dengan cepat membentuk endapan Cr(OH) 3 seperti tertulis pada reaksi setengah sel pada persamaan (2.5). CrO 4 (aq) + 4H 2 O + 3e - Cr(OH) 3 (s) + 5OH - (aq) E 0 = 0,13 V..(2.5)