BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Singkong (Manihot esculenta) merupakan salah satu komoditas yang penting di Indonesia. Produksi singkong di Indonesia cukup besar yaitu mencapai 21.801.415 ton pada tahun 2015, sedangkan di D.I. Yogyakarta mencapai 873.362 ton (Anonim, 2016a). Singkong merupakan salah satu makanan di negara Indonesia, biasanya digunakan untuk makanan tradisional, kue dan sebagian besar digunakan sebagai bahan baku untuk industri pati singkong. Industri makanan dan pengolahan pati singkong ini menghasilkan sejumlah limbah padat kulit singkong yang belum dimanfaatkan dengan optimal. Saat ini aplikasi kulit singkong masih terbatas sebagai bahan bakar dan sebagai bahan baku pakan ternak (Sudaryanto dkk., 2006). Kulit singkong mempunyai ketebalan bervariasi antara 1 sampai 4 mm dan diperkirakan menyumbang 10 sampai 13% dari total bahan kering umbi singkong (Adesehinwa dkk., 2011). Berdasarkan jumlah produksi singkong di Indonesia, potensi limbah kulit singkong yang dihasilkan mencapai 2,8 juta ton/tahun. Dalam penelitian ini, dilakukan pemanfaatan limbah kulit singkong sebagai bahan untuk pembuatan karbon aktif termodifikasi. Karbon aktif diartikan sebagai material karbon dengan struktur aromatik padat dan mempunyai gugus fungsional permukaan dari heteroatom yang didominasi oleh atom oksigen membentuk gugus fungsional seperti karboksil, karbonil, fenol, dan lainnya (Gaur dan Shankar, 2008; Chiang dkk., 2002). Karbon aktif merupakan salah satu adsorben yang paling banyak digunakan dalam proses pemisahan antara lain, pada proses pemurnian gas, pengolahan limbah cair dan penghilangan warna (El-Sayed dan Bandosz, 2004). Kemampuan adsorpsi dari karbon aktif tidak hanya ditentukan oleh porositas, tetapi juga ditentukan oleh gugus-gugus fungsi yang ada pada 1
2 permukaan karbon aktif. Umumnya karbon aktif bersifat hidrofobik, sehingga untuk mendapatkan karbon aktif yang bersifat hidrofilik perlu dilakukan modifikasi karbon aktif menghasilkan karbon aktif termodifikasi. Modifikasi karbon aktif yaitu menghilangkan beberapa gugus fungsi tertentu dan sebaliknya memasukkan gugus fungsi baru atau meningkatkan ekuivalen gugus yang sudah ada secara selektif (Pereira dkk., 2003). Memodifikasi gugus fungsi permukaan karbon aktif dapat menghasilkan karbon aktif termodifikasi dengan kegunaan yang lebih spesifik (Huang dkk., 2009). Dalam sintesis karbon aktif termodifikasi, dilakukan aktivasi karbon melalui aktivasi fisika ataupun aktivasi kimia. Aktivasi kimia mempunyai keunggulan dibanding aktivasi fisika, diantaranya suhu yang diperlukan lebih rendah, rendemen karbon aktif yang diperoleh lebih tinggi dan memiliki luas permukaan yang lebih tinggi (Moreno-Castilla dkk., 2001). Pemilihan jenis aktivator akan berpengaruh terhadap kualitas karbon aktif. Beberapa senyawa kimia yang sering digunakan sebagai aktivator dalam industri pembuatan karbon aktif adalah ZnCl2, KOH, H3PO4, H2SO4 dan NaOH (Yahya dkk., 2015) Penelitian tentang aktivasi karbon menggunakan ZnCl2 pernah dilakukan oleh Mohammadi dkk. (2014), Kumar dan Jena (2015) yang berhasil membuat karbon aktif mikropori. Namun demikian penggunaan ZnCl2 sebagai aktivator mempunyai kelemahan yaitu menimbulkan polusi uap dan residu baru, sehingga menjadi bermasalah bagi lingkungan (Hernandez-Montoya dan Bonilla-Petriciolet, 2012) Dalam penelitian ini, dilakukan sintesis karbon aktif termodifikasi dengan mengaktivasi karbon menggunakan senyawa kalium hidroksida (KOH). Kelebihan senyawa KOH sebagai activating agent adalah dihasilkannya karbon aktif dengan pori-pori yang didominasi oleh ukuran mikropori. Selain itu aktivasi dengan KOH menghasilkan produk samping berupa tar yang lebih sedikit (Rodriguez-Reinoso dan Molina-Sabio, 1992).
3 Modifikasi permukaan secara kimia pada karbon aktif dapat dilakukan dengan berbagai bahan dan pada sebagian besar penelitian bahan modifikasi yang digunakan mempunyai karakter oksidatif (Vinke dkk., 1994). El-Sheikh (2008) meneliti pengaruh oksidasi karbon aktif dengan berbagai agen pengoksidasi diantaranya asam nitrat, hidrogen peroksida dan amonium persulfat untuk adsorpsi beberapa ion logam, dengan nilai kapasitas adsorpsi paling tinggi pada karbon aktif yang dimodifikasi menggunakan asam nitrat. Abdel-Nasser dan El- Henda (2003) dan Liu dkk. (2005) menjelaskan bahwa oksidasi permukaan karbon aktif dengan HNO3 dapat meningkatkan kandungan gugus fungsi asam pada permukaan karbon aktif. Berdasarkan hal tersebut pada penelitian ini digunakan HNO3 untuk memodifikasi karbon aktif kulit singkong sebagai adsorben logam Cr(VI). Ion logam Cr(III) dan Cr(VI) merupakan logam kromium yang banyak terdapat di lingkungan. Pemilihan logam Cr(VI) sebagai adsorbat pada penelitian ini karena Cr(VI) atau kromium heksavalen adalah salah satu logam berbahaya yang banyak ditemukan dalam sisa-sisa proses industri terutama industri elektroplating dan industri tekstil yang saat ini berkembang semakin pesat (Anonim, 2016b; Purwanto dan Huda, 2005). Dalam industri elektroplating terdapat proses chrome-plating atau pelapisan dengan krom yang dilakukan pada berbagai jenis logam seperti besi, baja atau tembaga (Parkinson dan Hart, 1995). Begitu pula dengan industri tekstil dan produk tekstil (TPT) yang menjadi salah satu sektor andalan Indonesia dalam menghadapi Masyarakat Ekonomi ASEAN (MEA) pada tahun 2015 (Anonim, 2013). Industri tekstil tersebut menggunakan kromium heksavalen sebagai mordan atau penguat warna. Kromium heksavalen ini digunakan sebagai katalis dalam proses pewarnaan dan sebagai zat warna pada kain wol (chrome-dyeing) (Jacobs dan Testa, 2004). Adanya Cr(VI) di lingkungan menjadi permasalahan serius karena sifatnya beracun, jumlahnya semakin meningkat dan menurunkan kualitas perairan. Pemaparan Cr(VI) pada saluran pernafasan dapat menyebabkan kanker bagi manusia.
4 Pembuangan limbah industri yang mengandung Cr(VI), tanpa melalui pengolahan atau hanya diolah seadanya akan menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan. Buangan air limbah industri selain membahayakan manusia juga mengakibatkan timbulnya pencemaran air sungai yang merugikan masyarakat yang tinggal di sepanjang aliran sungai, seperti berkurangnya hasil produksi pertanian, menurunnya hasil tambak, maupun berkurangnya pemanfaatan air sungai oleh penduduk. Sebagai contoh yaitu sungai terpanjang dan terbesar di propinsi Jawa barat yang mengalami pencemaran oleh limbah industri di sekitar sungai (Anonim, 2012). Brigden dkk. (2013) melaporkan bahwa dari lokasi saluran limbah yang berdekatan dengan lahan pertanian ditemukan bahan kimia logam berat berbahaya salah satunya kromium heksavalen (Cr(VI)) yang berpotensi menyebabkan kanker. Lahan pertanian dan perikanan yang terkena dampak pencemaran tersebut seluas ± 415 hektar yang berada di empat desa. Hal tersebut menyebabkan terjadinya penurunan produktivitas pertanian masyarakat mencapai 1-1,5 ton per hektar per musim panen (Sudarna, 2015). Adsorben dari karbon aktif kulit singkong termodifikasi oleh asam nitrat diharapkan dapat mengatasi pencemaran logam Cr(VI) melalui proses adsorpsi. Karbon aktif kulit singkong termodifikasi yang diperoleh dikarakterisasi meliputi kadar air, kadar zat volatil, kadar abu, kadar karbon dan dilakukan analisis luas permukaan dan gugus fungsional. Parameter utama yang dikaji terhadap proses adsorpsi Cr(VI) adalah pengaruh ph, pengaruh waktu kontak, kinetika adsorpsi, pengaruh konsentrasi dan isoterm adsorpsi. I.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mempelajari karakteristik karbon kulit singkong dan modifikasinya meliputi kadar air, kadar abu dan kadar zat volatil dan kadar karbon. 2. Mempelajari pengaruh dari aktivasi karbon kulit singkong dan modifikasi karbon aktif kulit singkong.
5 3. Menentukan kondisi ph optimum dan waktu kontak optimum adsorpsi Cr(VI) menggunakan adsorben karbon aktif kulit singkong termodifikasi. 4. Mempelajari aktivitas adsorpsi Cr(VI) pada karbon aktif kulit singkong termodifikasi, meliputi kapasitas adsorpsi, kinetika adsorpsi dan isoterm adsorpsi. I.3 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam meningkatkan pengetahuan mengenai pemanfaatan karbon aktif kulit singkong termodifikasi sebagai adsorben dan kemampuannya dalam mengadsorpsi Cr(VI) dalam larutan. Penelitian ini juga diharapkan dapat sebagai masukan data untuk mempelajari lebih lanjut adsorpsi Cr(VI) oleh karbon aktif kulit singkong termodifikasi dan dapat diaplikasikan sebagai adsorben untuk menangani limbah cair yang mengandung logam berat Cr(VI) dalam skala industri.