BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Nanoteknologi adalah istilah untuk rentang teknologi, teknik dan proses yang menyangkut manipulasi materi pada tingkat molekul (kelompok atom), sistemsistem yang memiliki sedikitnya satu dimensi fisik dalam rentang 1-100 nanometer. Nanoteknologi merupakan revolusi teknologi baru dan kunci kendali ekonomi selama abad ke 21 yang memberikan manfaat sosial yang signifikan termasuk diagnosa medis, sumber energi yang lebih efisien, produk elektronika dan air bersih (Mustar, 2011). Richard Feyman dalam ceramahnya yang berjudul There is plenty room at the bottom pada tahun 1959 mengemukakan bahwa, seorang fisikawan mampu membuat senyawa dengan struktur apapun yang diinginkan seorang kimiawan dengan cara menyusun atom-atom yang diperlukan dan merangkainya berdasarkan hukum fisika untuk membentuk senyawa baru tersebut. Berdasarkan pandangan ini, pendekatan yang dipergunakan berbeda dengan pendekatan teknologi sekarang yaitu bersifat bottom up bisa disebut molekular teknologi karena berusaha membangun suatu produk atom demi atom atau molekul demi molekul. Pendekatan ini memiliki keunggulan utama dibandingkan teknologi konvensional yaitu kemampuannya untuk memanipulasi material dengan fleksibel sesuai keinginan desainernya sebagai akibat pengontrolan pada level molekul. Hasil dari keunggulan ini adalah produk hampir tanpa cacat, tidak adanya atau sedikit limbah yang dihasilkan dan hemat energi. Ilmuwan yang terkenal dalam konsep nanoteknologi adalah K.E.Drexler. Drexler mengembangkan nanoteknologi molekular dengan meniru apa yang terjadi pada sel. Hukum ini selanjutnya disebut Drexlerian Nanoteknologi dengan idenya yang disebut assembler. Assembler ini bertindak seperti tangan robot pada pabrik skala makro, yang menaruh atom atau molekul pada tempat yang diinginkan. 1
2 Selanjutnya dengan menggunakan assembler level awal yang menyusun blok bangunan berupa atom, assembler pada ukuran yang lebih besar dibangun. Pada ukuran ini blok bangunannya berupa molekul. Kemudian assembler yang lebih besar dibangun dan seterusnya hingga produk-produk biasa berukuran makro dapat terbuat. Perbedaan metode ini dengan metode konvensional adalah produk nanoteknologi molekular yang dihasilkan lebih kuat, prosesnya hemat energi dan presisinya hingga level atom (Poli, 2006). Sampai saat ini perkembangan nanoteknologi sudah sangat pesat baik penerapannya dalam ilmu sains maupun dalam bidang komersial. Salah satu perkembangan nanoteknologi adalah dalam bidang nanomaterial magnetik. Nanomaterial magnetik (dalam hal ini nanopartikel magnetik) sangat menarik karena memiliki sifat fisis yang unik, salah satunya terkait dengan sifat kemagnetan yang dimiliki. Magnetisasi dan anisotropi magnetik nanomaterial berbeda dengan material bulk. Nanomaterial magnetik (nanopartikel magnetik) memiliki magnetisasi yang lebih besar daripada magnetisasi dalam bentuk bulk serta memiliki perbedaan temperatur Curie (TT cc ) dan temperatur Neel (TT NN ) (Gubin dkk, 2005). Sifat istimewa lain yang dimiliki nanomaterial magnetik adalah sifat superparamagnetik. Sifat superparamagnetik merupakan sifat yang muncul pada nanomaterial berorde satu domain magnet, sehingga partikel tersebut akan sangat reaktif terhadap medan magnet luar. Namun jika medan magnet luar dihilangkan sifatnya akan mirip dengan material paramagnet. Fenomena ini akan meningkat seiring dengan ukuran dan efek permukaan yang mendominasi sifat nanopartikel magnetik tersebut (Wu dkk, 2010). Dalam mensintesis nanopartikel magnetik banyak metode-metode kimia yang digunakan seperti mikroemulsi (Chin dan Yaacob, 2007), sintesis sol-gel (Albornoz dan Jacobo, 2006), sonochemical reactions (Kim dkk, 2005), flow injection synthesis (Alvarez dkk, 2006) dan electrospray synthesis (Basak dkk, 2007). Sebagian besar metode yang digunakan untuk memproduksi nanopartikel magnetik adalah dengan teknik kopresipitasi (Kumar Gupta dan Gupta, 2005). Teknik kopresipitasi merupakan teknik sintesis nanopartikel yang sederhana dan
3 lebih efisien untuk memperoleh partikel magnetik. Keuntungan utama dari proses kopresipitasi adalah nanopartikel dalam jumlah besar dapat disintesis (Laurent dkk, 2008). Polusi limbah logam berat adalah satu permasalahan lingkungan yang penting hingga saat ini. Polusi logam berat berasal dari banyak sumber tetapi sebagian besar berasal dari pemurnian logam, misalnya peleburan biji tambang dan pengolahan bahan bakar nuklir. Selain itu polusi logam berat juga berasal dari pembuangan air industri seperti industri metallurgical, penyamakan kulit, pertambangan dan industri pembuatan baterai, yang semua industri tersebut mengandung satu atau lebih racun logam berat. Konsentrasi dari logam tersebut terkadang lebih tinggi daripada batas yang diizinkan. Konsentrasi logam yang tinggi tersebut akan menyebabkan efek buruk bagi lingkungan dan kehidupan manusia (Shen dkk, 2009). Dalam mengatasi permasalahan lingkungan yang tercemar tersebut dapat diatasi dengan berbagai cara, salah satu cara yang dapat diterapkan yaitu dengan memanfaatkan bidang nanoteknologi. Dimana telah kita ketahui bahwa pemanfaatan nanoteknologi tidak hanya dapat diaplikasikan dalam bidang kesehatan ataupun industri elektronik serta manufaktur. Pemanfaatan nanoteknologi juga dapat diterapkan dalam mengatasi permasalahan lingkungan. Pada penelitian ini cara pemanfaatan nanoteknologi dalam mengurangi permasalahan lingkungan yaitu dengan memanfaatkan nanopartikel Fe 3 O 4 sebagai absorben pada limbah logam berat. Nanopartikel Fe 3 O 4 dipilih sebagai absorben karena memiliki beberapa keunggulan seperti mudah termagnetisasi sehingga dapat menarik logam-logam berat tersebut dan menempel di permukaan Fe 3 O 4. Metode ini dipilih karena merupakan metode yang cepat, mudah dan lebih tepat daripada menggunakan metode tradisional (Khajeh dan Khajeh, 2009). Pada sistem pemurnian air ini terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi tingkat efektivitas sistem dalam menurunkan konsentrasi logam berat yang terkandung sebelumnya diantaranya faktor ph, waktu pengadukan, temperatur pengadukan dan banyaknya proses pengulangan (amplifikasi). Penggunaan absorben berukuran nano memiliki kelebihan dalam proses penyerapan logam.
4 Absorben berukuran nano memiliki luas permukaan partikel yang besar sehingga memiliki kapasitas besar untuk mengabsorpsi logam. Dengan kapasitas absorben yang besar logam dapat terserap secara maksimal sehingga kadar logam yang terkandung dalam larutan dapat berkurang. Pada penelitian ini akan dilakukan proses purifikasi basa untuk menurunkan kadar logam Fe dan Co pada limbah batik dan artificial limbah menggunakan absorben nanopartikel Fe 3 O 4. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan, dapat dirumuskan permasalahan yang ada adalah 1. Bagaimana peran Fe 3 O 4 dalam menurunkan kadar logam besi (Fe) dan kobalt (Co) pada limbah cair?. 2. Bagaimana pengaruh parameter purifikasi basah seperti ph, waktu pengadukan, temperatur dan amplifikasi terhadap penurunan kadar logam besi (Fe) dan kobalt (Co) dengan menggunakan absorben nanopartikel Fe 3 O 4?. 3. Bagaimana tingkat efektivitas pemurnian air dengan sistem purifikasi?. 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan diadakannya penelitian ini adalah 1. Menentukan peran Fe 3 O 4 dalam menurunkan kadar logam besi (Fe) dan kobalt (Co). 2. Menentukan pengaruh parameter purifikasi basah seperti ph, waktu pengadukan, temperatur dan amplifikasi terhadap penurunan kadar logam besi (Fe) dan kobalt (Co) dengan menggunakan absorben nanopartikel Fe 3 O 4. 3. Menentukan tingkat efektivitas pemurnian air dengan sistem purifikasi.
5 1.4 Batasan Masalah Pembahasan dalam penelitian ini hanya dibatasi pada pengkajian penurunan kadar logam Fe dan Co pada limbah batik dan artificial limbah akibat pengaruh parameter ph (ph basa), waktu pengadukan, temperatur pengadukan dan amplifikasi dengan menggunakan absorben Fe 3 O 4. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi terkait kemampuan nanopartikel Fe 3 O 4 dalam menyerap dan menurunkan kadar logam yang terlarut dalam limbah cair. Sehingga hasil tersebut dapat dimanfaatkan dalam mengatasi masalah limbah cair yang mengandung logam berat serta dapat dijadikan acuan bagi penelitian selanjutnya dalam mengembangkan nanopartikel Fe 3 O 4 sebagai absorben logam. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 Bab, yaitu: pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan. BAB I meliputi latar belakang dilakukannya penelitian mengenai Fe 3 O 4 sebagai absorben dalam menurunkan kadar logam terlarut Fe dan Co, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, sistematika penulisan. BAB II meliputi kajian pustaka yang berisi tentang penelitian-penelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya yang terkait dengan topik penelitian ini. BAB III meliputi dasar teori yang berkaitan dengan terminologi sifat magnetik, sifat magnetik, domain magnetik, nanopartikel magnetik dan sifat superparamagnetik, magnetit Fe 3 O 4, metode kopresipitasi, teknik pengukuran nanopartikel Fe 3 O 4 dengan XRD, TEM dan VSM, sistem purifikasi air limbah menggunakan nanopartikel Fe 3 O 4, logam besi, logam kobalt dan rumus perhitungan persen penurunan kadar logam.
6 BAB IV meliputi metode penelitian yang menjelaskan tentang alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, serta langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian. BAB V meliputi pembahasan dari hasil penelitian yang telah dilakukan. BAB VI meliputi kesimpulan dan saran. DAFTAR PUSTAKA berisi seluruh pustaka yang diacu dalam penelitian. LAMPIRAN berisi data-data yang diperoleh dari hasil penelitian.