PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD 5, TSS, DAN TDS TESIS Oleh CUT WIRA EMILIA 097006004/KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD 5, TSS, DAN TDS TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Oleh CUT WIRA EMILIA 097006004/KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Judul : PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD 5, TSS, DAN TDS Nama Mahasiswa : CUT WIRA EMILIA Nomor Pokok : 097006004 Program Studi : Magister Ilmu Kimia Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil Ketua Prof. Dr, Zul Alfian, M.Sc Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc
Telah diuji pada Tanggal : 29 Juli 2011 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil Anggota : 1. Prof. Dr, Zul Alfian, M.Sc 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Prof. Dr, Harlem Marpaung 4. Dr. Hamonangan, M.Sc
PERNYATAAN PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD 5, TSS, DAN TDS TESIS Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar Medan, 29 Juli 2011 Cut Wira Emilia
PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD 5, TSS, DAN TDS ABSTRAK Penelitian ini adalah tentang penggunaan kitosan nanopartikel sebagai adsorben pada limbah cair industri benang karet untuk menurunkan kadar ion logam Zn dan Na, nilai COD, BOD 5, TSS, dan TDS dengan variasi berat kitosan nanopartikel. Kitosan nanopartikel dibuat dengan dilarutkan dalam 100 ml asam asetat 1% dengan menggunakan pengaduk jartes yang dilakukan selama 30 menit, yang kemudian dicampurkan dengan 200 ml sampel limbah cair industri benang karet. Sampel hasil preparasi dianalisis dengan SAA untuk ion Zn 2+ dan Na +, juga dianalisis kadar COD, BOD 5, TSS, dan TDS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi paling optimum dihasilkan pada berat kitosan nanopartikel 0,8 g dengan persentase penyerapan ion Zn 2+ sebesar 95,37%, ion Na + 95,27%, dan persentase penurunan kadar COD sebesar 43,68%; BOD 5 73,77%; TSS 78,98%; dan TDS 81,82%. Kata kunci : Kitosan nanopartikel, adsorben, limbah cair industri benang karet, ion logam Zn dan Na, COD, BOD 5, TSS, TDS. i
THE USE OF CHITOSAN NANOPARTICLES AS ADSORBEN IN LIQUID WASTE OF INDUSTRIAL RUBBER THREAD TO REDUCE CONTENT ION Zn AND Na, VALUE OF COD, BOD 5, TSS, AND TDS ABSTRACT This study is about the use of chitosan nanoparticles as adsorben in liquid waste of industrial rubber thread to reduce content ion Zn and Na, value of COD, BOD 5, TSS, and TDS, with the variation of weight chitosan nanopartikel. Chitosan nanoparticles were prepared by dissolved in 100 ml of 1% acetic acid by using a jartes stirrer for 30 minutes, which is then mixed with 200 ml samples in liquid waste of industrial rubber thread. Sample resulted in preparation were analyzed AAS for Zn 2+ and Na + ions, were also analyzed contents of COD, BOD 5, TSS, and TDS. The results showed that the optimum composition of weight chitosan nanoparticles produced at 0.8 g with adsorption percentage of 95,37% Zn 2+ ions, 95.27% Na + ions, and the percentage reduction in 43,68% COD; 73,77% BOD 5 ; 78,98% TSS; and 81,82% TDS. Key words: Chitosan nanoparticles, adsorben, liquid waste of industrial rubber thread, Zn 2+ and Na + ions, COD, BOD 5, TSS, TDS. ii
KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-nya sehingga tesis yang berjudul Penggunaan Kitosan Nanopartikel Sebagai Adsorben Pada Limbah Cair Industri Benang Karet Untuk Menurunkan Kadar Logam Zn dan Na, Nilai COD, BOD 5, TSS, dan TDS ini dapat diselesaikan. Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Dr. Sutarman, M.Sc, Ketua Program Studi Magister Ilmu Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr. Hamonangan, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya ditujukan kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil selaku Pembimbing Utama dan Bapak Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini. 2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Prof. Dr. Harlem Marpaung, Dr. Hamongan, M.Sc selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini. 3. Kepala Laboratoium Analitik FMIPA USU dan Kepala Laboratorium Penelitian FMIPA USU beserta staf atas fasilitas dan sarana yang diberikan selama penelitian juga dalam bantuannya menganalisa sampel. iii
4. Ayahanda Drs. Abdurrahman Yusuf dan Ibunda Dra. Dewi Farida Hanum yang telah memberikan do a restu serta dorongan moril maupun materil sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan. 5. Suami Ir. Darmansyah Kayana dan anak-anak Abdurrahman Arfansya, Farah Fatimah Wirda, Tari Uswatun Nisa, Rahmat Irfansyah yang tercinta yang telah memberikan dorongan moril kepada penulis untuk menyelesaikan tesis ini. 6. Rekan-rekan seangkatan 2009 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama penelitian. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang. Hormat Penulis, Cut Wira Emilia iv
RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap berikut gelar : Cut Wira Emilia, S.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Langsa, 31 Maret 1971 Alamat Rumah : Jl. Villa 5C Tanjung Permai Telepon/HP : 081271792614 Email : cut_wira@yahoo.com DATA PENDIDIKAN SD : SD Negeri 11 Langsa Tamat : 1983 SMP : SMP Negeri 1 Langsa Tamat : 1986 SMU : SMA Negeri 1 Langsa Tamat : 1989 Strata-1 : Universitas Syah Kuala Tamat : 1995 Strata-2 : Tamat : 2011 v
DAFTAR ISI ABSTRAK i ABSTRACT ii KATA PENGANTAR iii RIWAYAT HIDUP v DAFTAR ISI vi DAFTAR TABEL x DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR LAMPIRAN xii BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 2 1.3 Pembatasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 3 1.5 Manfaat Penelitian 3 1.6 Metodologi Penelitian 4 1.7 Lokasi Penelitian 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1 Kitosan 5 2.1.1 Sifat - Sifat Kitosan 5 2.1.2 Penggunaan Kitosan 6 2.1.3 Interaksi Kitosan Dengan Ion Logam 7 2.1.4 Proses Pengikatan Ion Logam Oleh Kitosan 8 2.2 Nanopartikel 10 2.2.1 Kitosan Nanopartikel 11 2.3 Adsorpsi 11 vi
2.4 Limbah Industri 12 2.4.1 Limbah Cair Industri 13 2.4.2 Kandungan Logam Berat (Zinkum dan Natrium) Dalam Limbah Cair Industri 14 2.5 Parameter Untuk Menentukan Kualitas Air 16 2.5.1 Paramater Fisika 16 2.5.2 Parameter Kimia 19 2.6 Spektrofotometri Serapan Atom 21 BAB 3 METODE PENELITIAN 23 3.1 Bahan-Bahan 23 3.2 Alat-Alat 23 3.3 Prosedur Penelitian 24 3.3.1 Pembuatan Pereaksi 24 3.3.1.1 Pembuatan Larutan CH3COOH 1% 24 3.3.1.2 Pembuatan Larutan Baku K 2 Cr 2 O 7 0,025 N 24 3.3.1.3 Pembuatan Larutan Baku Na 2 S 2 O 3 0,025 N 24 3.3.1.4 Pembuatan Larutan Baku MnSO 4 24 3.3.1.5 Pembuatan Larutan Amilum 25 3.3.1.6 Pembuatan Larutan KOH-KI 25 3.3.1.7 Pembuatan Larutan Baku Zn 10 ppm 25 3.3.1.8 Pembuatan Larutan Standar Na 10 ppm 25 3.3.2 Penentuan Kurva Kalibrasi 26 3.3.2.1 Penentuan Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Zn 26 3.3.2.2 Penentuan Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Na 26 3.3.3 Pembuatan Kitosan Nanopartikel 26 3.3.4 Preparasi Sampel Limbah Cair Industri Benang Karet dengan Kitosan Nanopartikel 27 vii
3.3.5 Penyerapan Ion Zn 2+ dan Na + Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 27 3.3.6 Penentuan Nilai COD Dalam Sampel Hasil Preparasi 28 3.3.7 Penentuan Nilai BOD 5 Dalam Sampel Hasil Preparasi 28 3.3.8 Penentuan Nilai TSS Dalam Sampel Hasil Preparasi 29 3.3.9 Penentuan Nilai TDS Dalam Sampel Hasil Preparasi 29 3.4. Bagan Penelitian 30 3.4.1 Pembuatan Kitosan Nanopartikel 30 3.4.2 Preparasi Sampel Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Kitosan Nanopartikel 30 3.4.3 Penyerapan Ion Zn 2+ dan Na + Dalam Limbah Cair Industri Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 31 3.4.4 Penentuan Nilai COD Dalam Sampel Hasil Preparasi 31 3.4.5 Penentuan Nilai BOD 5 Dalam Sampel Hasil Preparasi 32 3.4.6 Penentuan Nilai TSS Dalam Sampel Hasil Preparasi 32 3.4.7 Penentuan Nilai TDS Dalam Sampel Hasil Preparasi 33 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 34 4.1 Hasil 34 4.1.1 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan Metode Kurva Kalibrasi Untuk Standar Zn 34 4.1.2 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan Metode Kurva Kalibrasi Untuk Standar Na 35 4.1.3 Perhitungan Penyerapan Ion Zn 2+ Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 36 4.1.4 Perhitungan Penyerapan Ion Na + Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 37 4.1.5 Perhitungan Penurunan Nilai COD dan BOD 5 Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 38 viii
4.1.6 Perhitungan Penurunan Nilai TSS dan TDS Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 40 4.2 Pembahasan 41 4.2.1 Penyerapan Ion Zn 2+ dan Na + Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 41 4.2.2 Penurunan Nilai COD, BOD 5, Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 43 4.2.3 Penurunan Nilai TSS dan TDS Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 44 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 46 5.1. Kesimpulan 46 5.2. Saran 46 DAFTAR PUSTAKA 47 LAMPIRAN 50 ix
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Pemanfaatan Kitosan Pada Beberapa Industri 7 4.1 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan Metode Kurva Kalibrasi Untuk Standar Zn 34 4.2 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan Metode Kurva Kalibrasi Untuk Standar Na 35 4.3 Data Perhitungan Daya Serap Ion Zn 2+ Dengan Kitosan Nanopartikel 37 4.4 Data Perhitungan Daya Serap Ion Na 2+ Dengan Kitosan Nanopartikel 38 4.5 Data Perhitungan Penurunan Nilai COD Dan BOD 5 Dengan Kitosan Nanopartikel 39 4.6 Data Perhitungan Penurunan Nilai TSS dan TDS Dengan Kitosan Nanopartikel 41 x
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1 Struktur Kitosan 5 2.2 Mekanisme pengikatan Logam Berat Oleh Kitosan 8 2.3 Tahap-Tahap Koagulasi Polielektrolit Kitosan 9 2.4 Mekanisme Koagulasi Perbedaan Muatan 9 2.5 Skematis Instrumentasi SSA 21 3.1 Bagan Penelitian Pembuatan Kitosan Nanopartikel 30 3.2 Bagan Penelitian Preparasi Sampel Limbah Cair Industri Benang Karet dengan Kitosan Nanopartikel 30 3.3 Bagan Penelitian Penyerapan Ion Zn 2+ dan Na + Dalam Limbah Cair Industri Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 31 3.4 Bagan Penelitian Penentuan Nilai COD Dalam Sampel Hasil Preparasi 31 3.5 Bagan Penelitian Penentuan Nilai BOD 5 Dalam Sampel Hasil Preparasi 32 3.6 Penentuan Nilai TSS Dalam Sampel Hasil Preparasi 32 3.7 Penentuan Nilai TDS Dalam Sampel Hasil Preparasi 33 xi
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Halaman 1 Gambar 1. Kurva Kalibrasi Larutan Standar Zn 50 Tabel 1. Hasil Pengukuran Konsentrasi dan Absorbansi Dari Larutan Standar Zn Dengan Menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom 50 2 Gambar 2. Kurva Kalibrasi Larutan Standar Na 51 Tabel 2. Hasil Pengukuran Konsentrasi dan Absorbansi Dari Larutan Standar Na Dengan Menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom 51 3 Gambar 3. Grafik Hubungan Persentase Penyerapan Ion Zn 2+ Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 52 4 Gambar 4. Grafik Hubungan Persentase Penyerapan Ion Na + Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 53 5 Gambar 5. Grafik Hubungan Persentase Penurunan Nilai COD dan BOD 5 Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 54 6 Gambar 6. Grafik Hubungan Persentase Penurunan Nilai TSS dan TDS Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 55 7 Gambar 7. Hasil FESEM Kitosan Nanopartikel 56 xii