Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat ADSORPSI ION Co(II) MENGGUNAKAN KITIN TERFOSFORILASI (ADSORPTION OF CO(II) IONS USING PHOSPHORYLATED CHITIN) Darjito*, M. Misbah Khunur, Lhuhur Seto A. Universitas Brawijaya, Malang Jl. Veteran, Malang 65145, (341) 575 838 *E-mail : darjito@ub.ac.id ABSTRACT Adsorption of Co (II) ions using phosphorylated chitin has been studied. Chitin phosphorylation process is intended to increase the adsorption capacity of chitin against Co (II) ions. Adsorption process is done by determining the optimum adsorption conditions include: variations in ph and contact time variation, while the adsorption capacity is determined by variations in the concentration of Co (II) ions. Adsorption of Co (II) ions by a phosphorylated chitin performed using methods Bacth with ph variation (2, 3, 4, 5, and 6), contact time (8, 1, 12, 14, and 16 minutes), and the concentration of the solution Co (II) ions (85, 9.95, 1, and 15 ppm). After the results of the adsorption solution of Co (II) ions by a phosphorylated chitin analyzed using Atomic Absorption Spectrophotometer. The results of this study, the degree of deacetylation of chitin by 46.722%. Optimum conditions adsorption solution of Co (II) ions by chitin phosphorylation occurred at ph 5, and the contact time of 12 minutes with the adsorption capacity of chitin phosphorylation of 87.8 mg / g. Kata kunci: Co(II) ions, fosfolilated chitin,adsorption, capacity adsorption. ABSTRAK Pada penelitian ini telah dilakukan adsorpsi Ion Co(II) menggunakan kitin terfosforilasi. Proses fosforilasi kitin dimaksudkan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi dari kitin terhadap ion Co(II). Proses adsorpsi dilakukan melalui penentuan kondisi optimum adsorpsi meliputi: variasi ph dan variasi lama kontak, sedangkan kapasitas adsorpsi ditentukan melalui variasi konsentrasi ion Co(II). Adsorpsi ion Co(II) oleh kitin terfosforilasi dilakukan menggunakan metode Bacth dengan variasi ph larutan (2, 3, 4, 5, dan 6), lama waktu kontak (8, 1, 12, 14 dan16 menit) dan konsentrasi larutan Co(II) (85, 9, 95, 1 dan 15 ppm). Setelah itu hasil dari adsorpsi larutan Co(II) oleh kitin terfosforilasi dianalisa dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom. Hasil dari penelitian ini didapatkan derajat deasetilasi kitin sebesar 46,722%. Kondisi optimum adsorpsi larutan Co(II) oleh kitin fosforilasi terjadi pada ph 5,dan waktu kontak 12 menit dengan kapasitas adsorpsi kitin fosforilasi sebesar 87,8 mg/g. Kata kunci: Ion Co(II), kitin terfosforilasi,adsorpsi, kapasitas adsorpsi. 48
Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat 1. PENDAHULUAN Air merupakan sumber daya alam yang terbatas. Air juga merupakan kebutuhan dasar bagi tubuh manusia. Kegunaan air untuk kebutuhan manusia antara lain: air untuk konsumsi,air untuk kebersihan, dan air untuk memproduksi makanan [1]. Tetapi sekarang air sudah banyak tercemari yang dikarenakan oleh terjadinya pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan ini terjadi sebagai dampak negatif yang ditimbulkan oleh semakin banyaknya industry yang dibangun. Lingkungan dapat dikatakan tercemar apabila keadaan lingkungan telah berubah dari keadaan semula dan atau masuknya zat dan benda asing yang dapat menurunkan kualitas lingkungan tersebut [2]. Salah satu zat yang dapat mencemari lingkungan yaitu logam berat. Logam berat merupakan unsur yang dapat membahayakan kehidupan apabila konsentrasinya melebihi ambang batas yang telah ditentukan. Kadar logam berat yang melebihi ambang batas bersifat karsinogenik dan teratogenik. Menurut Darmono [3] logam berat yang biasa ditemukan adalah logam berat yang dapat larut dalam air, seperti logam Kobal (Co). Kobal merupakan salah satu logam berat yang dapat mencemari lingkungan dan menurunkan kualitas air. Dalam kadar yang tinggi dapat menyebakan keracunan seperti asma, gangguan sistem saraf dan jantung. Menurut Peraturan Pemerintah RI No.82/PP/21 tentang pengolahan kualitas air dan pengendalian pencemaran air ambang batas untuk logam kobal (Co) adalah,2 mg/l. Selain itu kandungan kobal dalam air harus <5 mg/l[4]. Menurut Cabuk, dkk dalam Sunarya [5] menyatakan berbagai usaha telah dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berate ini, seperti metode presipitasi kimia, osmosis balik, pertukaran ion dan bioreduksi. Akan tetapi dari semua metode tersebut perlu biaya yang dikeluarkan cukup tinggi. Oleh karena itu dicari metode yang lebih sederhana dan berbiaya rendah, salah satunya yaitu dengan metode adsopsi. Metode ini juga mampu untuk menghilangkan logam berat seperti kobalt dalam air limbah. Keunggulan lain dari metode ini yaitu merupakan metode paling efektif, efisien dan tidak menimbulkan racun. Metode adsopsi umumnya berdasarkan pada interaksi ion logam dengan gugus fungsional yang terdapat pada permukaan adsorben dengan cara interaksi pembentukan kompleks dan biasanya terjadi pada permukaan yang kaya dengan gugus fungsional seperti- OH, -NH, -SH, -COOH [6]. Kitin merupakan salah satu padatan yang banyak mengandung gugus fungsional, seperti gugus hidroksi dan amida yang reaktif sehingga cukup baik untuk digunakan sebagai adsorben. 49
Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat Kitin merupakan bahan organ utama yang terdapat pada kelompok hewan crustaceae, insekta, mollusc dan arthopoda [7]. Rahayu dan Purnavita pada Tahun 27 [8] menyatakan bahwa di alam,kitin yang berupa polimer amida bergabung dengan senyawa lain seperti protein, senyawa anorganik (CaCO3) dan pigmen. Oleh karena itu, perlu dilakukan proses demineralisasi dan deproteinasi untuk mengisolasi kitin dari sumbernya. Kitin mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan kitosan. Pembuatan kitin yang lebih sederhana dibandingkan dengan kitosan, dimana pembuatan kitin hanya melalui proses demineralisasi dan deproteinasi, sedangkan kitosan harus melalui proses deasetilasi. Menurut Kim,dkk [9] menyatakan bahwa untuk meningkatkan kapasitas adsorben kitin, salah satunya dapat dilakukan dengan memodifikasi gugus hidroksil melalui reaksi xanthanasi dan fosforilasi. Proses fosforilasi diharapkan dapat meningkatkan gugus fosfor pada kitin sehingga mampu meningkatkan situs negatifnya dan juga akan mempermudah terjadinya peningkatan ikatan elektrostatik dengan ion logam. Sebagaimana yang telah disampaikan Sawyer dan McCarty pada Tahun 1978 [1] proses adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu luas permukaan, sifat adsorbat, konsentrasi adsorbat, ph larutan, waktu kontak, dan temperatur. Pada penelitian ini dipergunakan tiga parameter yaitu ph larutan, waktu kontak dan konsentrasi adsorbat. 2. METODE PENELITIAN 2.1 Preparasi kitin Terfosforilasi Adsorben kitin sebanyak 1g dicampur dengan 5g urea dan campuran fosfat (dengan komposisi 2mL H3PO4 dan 3g Na2HPO4). Campuran dibiarkan pada udara terbuka sampai 3 menit setelah itu dikeringkan dalam oven pada suhu 7 C selama 1 jam. Setelah dingin, ditambah dengan 1 ml dimetilformamida dan direaksikan selama5 jam pada suhu 1 C dalam penangas air. Larutan disaring dan residu dicuci dengan akuades untuk menghilangkan pereaksi berlebih. Hasil yang diperoleh dikeringkan dalam oven pada suhu 6 C selama 3 jam.selanjutnya didinginkan dalam desikator. Kitin yang terfosforilasi dianalisa dengan spektroskopi inframerah. 2.2 Penentuan Pengaruh ph terhadap Daya Adsorpsi Adsorben Kitin Terfosforilasi terhadap ion Co(II) Larutan Co(II) 1 ppm sebanyak 1mL dimasukkan ke dalam gelas kimia 25mL dan diatur menjadi ph 2 dengan penambahan HCl,1M. Setelah itu dimasukkan dalam 5
Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat labu ukur 25mL dan ditambahkan akuades ph larutan sampai tanda batas. Larutan ini dimasukkan dalam Erlenmeyer 1mL dan ditambah,1g adsorben kitin terfosforilasi. Kemudian dilakukan pengocokan menggunakan pengocok elektrik pada kecepatan125 rpm selama 6 menit. Selanjutnya disaring menggunakan kertas saring. Filtrat yang dihasilkan dipipet sebanyak 1 ml dan dimasukkan labu ukur 25 ml. Kemudian ditambah 1mL HNO3 pekat,lalu ditambahkan akuades sampai tanda batas. Larutan dimasukkan ke dalam botol sampel dan diukur konsentrasi ion Co(II) sisa dengan spektrofotometer serapan atom.perlakuan diatas diulang dengan variasi ph 3; 4; 5 dan 6. 2.3 Penentuan Pengaruh Lama Kontak terhadap Daya Adsorpsi Adsorben Kitin Terfosforilasi terhadap ion Co(II) Larutan Co (II) 1 ppm sebanyak 1 ml dimasukkan ke dalam gelas kimia 25 ml dan diatur menjadi ph 5 (diperoleh dari ph optimum) dengan penambahan HCl,1 M. Setelah itu dimasukkan dalam labu ukur 25 ml dan ditambahkan dengan akuades sampai tanda batas. Larutan ini dimasukkan dalam Erlenmeyer 1 ml dan ditambah,1g adsorben kitin terfosforilasi. Kemudian dilakukan pengocokan menggunakan pengocok elektrik pada kecepatan 125 rpm selama 8 menit. Selanjutnya disaring menggunakan kertas saring. Filtrat yang dihasilkan dipipet sebanyak 1 ml dan dimasukkan ke dalam labu ukur 1mL. Kemudian ditambah 1 ml HNO3 pekat, lalu ditambahkan dengan akuades sampai tanda batas. Larutan dimasukkan ke dalam botol sampel dan diukur konsentrasi ion Co(II) sisa dengan spektrofotometer serapan atom. Perlakuan diatas diulang dengan variasi waktu kontak 8, 1, 12, 14, dan 16 menit. 2.4 Penentuan kapasitas adsorpsi kitin terfosforilasi terhadap ion Co(II) Larutan Co(II) 1 ppm sebanyak 1 ml dimasukkan ke dalam gelas kimia 25 ml dan diatur menjadi ph 5 dengan penambahan HCl,1M. Setelah itu dimasukkan dalam labu ukur 25 ml dan ditambahkan dengan akuades ph 5 sampai tanda batas. Larutan ini dimasukkan dalam rlenmeyer 1 ml dan ditambah,1g adsorben kitin terfosforilasi. Kemudian dilakukan pengocokan menggunakan pengocok elektrik pada kecepatan 125 rpm selama 12 menit (diperoleh dariwaktu kontak optimum) lalu disaring menggunakan kertas saring. Filtrat yang dihasilkan dipipet sebanyak 1 ml dan dimasukkan labu ukur1 ml. Selanjutnya ditambah 1 ml HNO3 pekat, lalu ditanda bataskan dengan akuades. Larutan dimasukkan ke dalam botol sampel dan diukur konsentrasi ion Co(II) sisa dengan spektrofotometer serapan atom. Perlakuan diatas diulang dengan variasi konsentrasi 85, 9, 95, 1 dan 15 ppm. 51
181.99 124.13 559.32 8863.9 3272.1 1787.89 1786.92 1666.38 1626.84 1469.66 1456.16 14.22 1337.54 183.92 711.69 2981.74 2983.68 2925.81 2918.1 2854.45 2852.53 252.79 711.68 7.11 5.86 2623.1 Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Preparasi Adsorben Kitin Terfosforilasi Proses pembuatan kitin terfosforilasi dilakukan denganmenambahkan urea dan campuran fosfatyang terdiri dari H3PO4 dan Na2HPO4 pada adsorben kitin dalam pelarut dimetilformamida (DMF). Gugus fosfor yang terikat pada kitin meningkatkan situs negatifnya, sehingga ikatan elektrostatik dengan ion logam juga meningkat. Adsorben kitin hasil dari proses fosforilasi dilakukan identifikasi menggunakan spektrofotometer FTIR untuk mengetahui gugus fungsinya. Spektra IR dari kitin terfosforilasi terlihat pada Gambar 1. Normalize Normalize 9 %T 2347.21 6.71 3 2 75 6 4 5 9 2 7. 2 5 2 45 3 3426.31 344.13 2. 6 15 35 3 25 2 175 15 125 1 75 5 Hitam : Kitin // Biru : Kitin terfosforilasi ( Sheto ) 1/cm Gambar 1.Perbandingan spektra IR kitin dan kitin terfosforilasi Berdasarkan perbandingan spektra IR kitin dan kitin terfosforilasi seperti terlihat pada Gambar1, terdapat perbedaan spectra pada bilangan gelombang 181,99 cm -1 yang merupakan gugus dari fosfat (PO4 3- ). Hal ini mengindikasikan bahwa serbuk kitin telah mengikat gugus fosfat. 3.2 Penentuan Pengaruh ph terhadap Adsorpsi Co(II) menggunakan Adsorben Kitin Terfosforilasi Penentuan pengaruh ph dilakukan dengan variasi ph 2, 3, 4, 5, dan 6 dengan waktu kontak 6 menit. Ion Co(II) secara perlahan akan mengendap pada ph >5 sehingga 52
% Co(II) Teradsorpsi Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat tidak akan dapat dilakukan pada suasana basa. Hubungan antara variasi ph terhadap persen Co(II) teradsorpsi dapat dilihat pada Gambar2. 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 ph Gambar2. Kurva Hubungan variasi ph terhadap persen Co(II) teradsorpsi Berdasarkan Gambar2 dapat dilihat pada kurva bahwa persen Co(II)teradsorpsiterusmengalami peningkatan dari ph 2 sampaiph 6. Hal ini dipengaruhi oleh penambahan HCl pada larutan Co(II). Pada ph 2, larutan HCl yang ditambahkan relatif banyak sehingga menyebabkan peningkatan jumlah H + pada larutan, hal ini diduga terjadi persaingan antara ion H + dengan ion Co(II) untuk berikatan dengan pasangan electron bebas pada kitin terfosforilasi yaitu elektron bebas dari -O- pada gugus fosfat (PO4 3- ) maupun gugus amida. Sedangkan pada ph 6 persen Co(II) teradsorpsi tetap meningkat. Hal ini dikarenakan adanya penurunan ion H + sehingga mengurangi kemampuan adsorben dalam mengikat ion logam. Sehingga dapat disimpulkan bahwa ph optimum dari proses adsorpsi Co(II) menggunakan adsorben kitin terfosforilasi adalah ph 5 dengan persen Co(II) teradsorpsi sebesar 52,4%. 3.3 Penentuan Lama Kontakterhadap Adsorpsi Co(II)menggunakan Adsorben Kitin Terfosforilasi Proses adsorpsi dipengaruhi lama kontak adsorben dengan adsobat. Penentuan pengaruh lama kontak pada daya adsorpsi kitin terfosforilasi terhadap Co(II) dilakukan pada ph 5 dengan variasi waktu kontak 8, 1, 12, 14,dan 16 menit. Hubungan antara waktu kontak dengan persen Co(II) teradsorpsi dapat dilihat pada Gambar 3. 53
% Co(II) Teradsorpsi Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 Lama Kontak (Menit) Gambar 3.Kurva hubungan variasi lama kontak terhadap persenco(ii) teradsorpsi Berdasarkan grafik pada Gambar 3 terlihat bahwa persen Co(II) teradsorpsi meningkat dari waktu kontak 8 menit sampai 12 menit. Hal ini dikarenakan belum terjadi kesetimbangan antara Co(II) yang diserap oleh adsorben kitin terfosforilasi dengan jumlah Co(II) yang tersisa dalam larutan. Setelah tercapai kesetimbangan adsorpsi,co(ii) yang teradsorpsi akan menunjukkan kestabilan. Pada waktu kontak 12 sampai 16menit, terjadi penurunan persenco(ii)teradsorpsi. Hal ini disebabkan seluruh gugus aktif yang terdapat pada permukaan adsorben sudah terpenuhi. Selain itu jika waktu kesetimbangan sudah terlewati ikatan elektrostatik yang terjadi antara Co(II) dengan gugus amida maupun gugus fosfat sebagai gugus aktif pada kitin terfosforilasi akan terganggu. Sehingga menyebabkan penurunan persenco(ii) teradsorpsi. Waktukontak optimumterjadipada waktu kontak12 menit dengan persenco(ii)teradsorpsisebesar94,15%. 3.4 Penentuan kapasitas adsorpsi kitin terfosforilasi terhadap ion Co(II) Daya adsorpsi kitin terfosforilasi ditentukan melalui pengaruh variasi konsentrasi larutan Co(II). Penentuan pengaruh konsentrasi dilakukan pada ph 5 dengan waktu kontak 12 menit. Konsentrasi larutan dilakukan dengan variasi 85, 9, 95, 1, dan 15 ppm. Hubungan antara konsentrasi sisa dengan jumlah Co(II) teradsorpsi dapat dilihat pada Gambar4. 54
mg/g Co(II) Teradsorpsi Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 [Co(II)]Eq Gambar 4. Kurva Hubungan variasi konsentrasi kesetimbangan terhadap jumlah Co(II) teradsorpsi (mg/g) Berdasarkan grafik pada Gambar4. Terlihat bahwa jumlah Co(II) teradsorpsi terus meningkat dari konsentrasi sisa 8,28 sampai 53,31 mg/l. Hal ini sejalan dengan teoriadsorpsi Langmuir yang menyatakan bahwa permukaan adsorben mempunyai sejumlah situs aktif adsorpsi. Banyaknya situs aktif tersebut sebanding dengan luas permukaan adsorben dan masing-masing situs aktif hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat. Padakeadaan dimana tempat adsorpsi belum jenuh dengan adsorbat maka kenaikan konsentrasi adsorbat akan menaikkan jumlah zat yang teradsorpsi. Bila adsorben sudah jenuh dengan adsorbat maka kenaikan konsentrasi adsorbat relatif tidak menaikkan jumlah zat yang teradsorpsi. Kapasitas adsorpsi kitin terfosforilasi terhadap Co(II) sebesar 87,8 mg/g. 4. KESIMPULAN Adsorpsi Co(II) menggunakan adsorben kitin terfosforilasi dipengaruhi oleh ph dan waktu kontak. Kondisi optimum adsorpsi Co(II) menggunakan adsorben kitin terfosforilasi terjadi pada ph 5 dan waktu kontak 12 menit, sedangkan kapasitas adsorpsi adsorben kitin terfosforilasi terhadap Co(II) sebesar 87,8 mg/g. 55
Prosiding SEMIRATA 215 bidang MIPA BKS-PTN Barat 5. PUSTAKA [1] Christine,L.M and Richard, D. R. Global Challenges In Water, Sanitation And Health. Journal of Water and Health. USA: IWA Publishing; 26. [2] Mashhood, AK. Environmental Pollution: Its Effects On Life And Its Remedies. International Refeed Research Journal. 211; 2:278-285 [3] Darmono. Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta: UI-press; 1995. [4] Nagpal, N.K. Technical Report-Water Quality Guidelines For Cobalt, Library and Archives Canada Cataloguingin Publication Data, British Columbia; 24. [5] Sunarya, A. I. Biosorpsi Logam Berat Co(II) dan Cd(II) Menggunakan Kulit Jeruk Siam (Citrus reticulata), Skripsi, FMIPA, Institut Pertanian Bogor, Bogor; 26. [6] Stum W, dan Morgan,J.J. Aquatic Chemistry. New York: John Wiley and Sons; 1996. [7] Windholz. Chitin and Chitosan, New Castle: N.Y University; 1983. [8] Rahayu, L. H., dan Purnavita, S. Optimasi Pembuatan Kitosan dari Kitin Limbah Cangkang Rajungan (Portunuspelagicus) untuk Adsorben Ion Logam Merkuri, Reaktor. 27; Vol.11 No.1 [9] Kim, S.H., Song, H., Nisola, G.M., and, Ahn, J. Adsorption of Lead(II) Ion using Surface-Modified Chitins. J.Ind. Eng. Chem. 26; 12(3):469-475. [1] Sawyer, C.Nand P.L Mc Carty. Chemistry of Engineering. Third Ed., Tokyo: Mc Graw Hill,Kogakusha Ltd; 1987. 56