Jurnal Kimia Mulawarman Volume 14 Nomor 2 Mei 2017 Kimia FMIPA Unmul
P-ISSN 1693-5616 E-ISSN 2476-9258
STUDI PENGGUNAAN KITOSAN KOMPOSIT CuO SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENYERAP LOGAM BESI (Fe), MANGAN (Mn) DAN SENG (Zn) PADA AIRSUNGAI BELAWAN THE STUDY OF CHITOSAN-CuO COMPOSITE’S APPLICATION AS ADSORBENT IN THE REMOVAL OF Fe, Mn, AND Zn IN BELAWAN RIVER WATER Mutia Khairuni*, Zul Alfian dan Harry Agusnar Departemen Kimia,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus Usu Medan * Email:
[email protected] Submit : 10 April 2017 Accepted : 23 Mei 2017
ABSTRACT The synthesis of chitosan-CuO composite and its application as adsorbent in the removal of Fe, Mn, and Zn in Belawan river water has been conducted. Chitosan-CuO composite is synthesized by addition the Cu(NO3)2 into the solution of chitosan and NaOH 2M. This adsorbent is characterized with FT-IR and its capability to adsorb heavy metals is measured with ICP-OES. The preliminary result of Fe, Mn, and Zn level in Belawan river water are 0,3032; 0,3251; and 0,06402 mg/L, respectively, those value levels are above the PP No. 82 Tahun 2004 safety limit. The optimum contact time of adsorbent to interact is found at 30 minutes, with Fe, Mn, and Zn adsorption are 69,71; 90,53; and 92,05%, respectively. The decrease of heavy metal levels in Belawan river water are influenced by the contact time of adsorbent to the sources of heavy metal. Keywords: Adsorbent, chitosan, chitosan-CuO, Fe, Mn, and Zn PENDAHULUAN Pada daerah kecamatan Medan Sunggal terdapat sungai Belawan yang memiliki jumlah penduduk 113.446 jiwa (BPS, 2013). Sungai belawan ini juga digunakan PDAM sebagai sumber air. Oleh karena itu banyak penduduk sekitar yang menggunakan air sungai maupun PDAM untuk keperluan sehari-hari, seperti mandi, cuci dan kakus, pembuangan limbah domestik atau limbah perkotaan yang secara langsung dibuang ke sungai. Pada daerah aliran sungai ini juga terdapat beberapa aktivitas seperti pemandian, dan adanya industri kuningan di sekitar sungai Belawan [1]. Baedalda Provinsi Sumatera Utara 2007 yang diacu oleh Laporan Status Lingkungan Hidup Daerah Provinsi Sumatera Utara Tahun 2003, terdapat 22 industri di sepanjang sungai Belawan. Jenis– jenis industri tersebut antara lain pengolahan minyak goreng, pengolahan metal, pabrik plastik, pengeleman kayu lapis, tekstil, cat, baterai kering, pupuk dolomit, pelapis logam dan lain-lain. Berdasarkan hasil uji pendahuluan air sungai belawan pada logam Fe, Mn dan Zn melebihi ambang batas Berdasarkan peraturan PP Kimia FMIPA Unmul
no.82 tahun 2014 metode yang dapat digunakan untuk menghilangkan atau megurangi kadar logam berat dalam perairan di antaranya presipitasi, filtrasi, penukar ion, elektrodeposisi, adsorpsi dan sistem membran [2]. Salah satu metode pengolahan limbah yang mudah dan ramah lingkungan adalah metode adsorbsi dengan adsorben alami seperti kitosan. Adsorpsi dalam pengolahan limbah cair berperan penting untuk menurunkan kadar logam berat. Kitosan pertama kali ditemukan oleh C. Rouget pada tahun 1859 dan merupakan produk dari proses deasetilasi kitin yang berasal dari ekstrak kulit hewan laut yang keras . kitosan dapat digunakan sebagai agen pengkelat logam serta mempunyai kemampuan mengikat lebih dari 1 mmol/g untuk beberapa logam berat dan beracun dalam satu proses penyerapan. Berdasarkan penelitian [3], kitosan blangkas banyak digunakan dan sangat baik dalam proses penyerapan. karena kitosan blangkas memiliki derajat deasetilisasi dan Berat Molekul (BM) yang tinggi yakni 84,20% dan 893.000. Kitosan merupakan suatu polimer yang bersifat polikationik. Keberadaan gugus hidroksil dan amino sepanjang rantai 115
Mutia Khairuni Kimia FMIPA Unmul
polimer mengakibatkan kitosan sangat efektif mengadsorpsi kation ion logam berat maupun kation dari zat-zat organik (protein dan lemak) [4]. Berdasarkan penelitian sebelumnya telah banyak diteliti tentang kitosan yang digunakan sebagai absorben [5] yaitu penyerapan logam Arsen (V) menggunakan komposit kitosan Cu(OH)2 dan CuO dengan daya serap 95%d an telah dilakukanpreparasi karakterisasi kompleks kitosan hydrogel-tembaga(II) bahwa antara kitosan hydrogel dan tembaga(II) dapat terbentuk suatu senyawa kompleks [6]. Penggunaan Kitosan limbah kulit kepiting juga telah diuji dalam Pemanfaatan penjernih air pada rawa dan air sungai memiliki daya adsoren yang tinggi dalam menjernihkan air [7]. Pada penelitian ini menggunakan kitosan CuO namun dengan logam yang berbeda. Modifikasi kitosan sebagai adsorben ini diharapkan dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi. Maka dari itu peneliti ingin melakukan penelitian mengenai studi Penggunaan Kitosan komposit CuO Sebagai Adsorben Untuk Menyerap Logam Besi (Fe) , Mangan (Mn) Dan zink (Zn) pada Air Sungai Belawan. METODELOGI PENELITIAN Alat ICP-OES (Varian), Seperangkat alat spektrofotometer FTIR (shimadzu), Beaker glass, Erlenmeyer, Gelas Ukur, Spatula , Corong, Kertas Saring, Labu Takar, Neraca Analitik, Pipet ukur, Pompa injeksi, Kolom Bahan Kitosan, NaOH, Cu(NO3)2.5H2O, Asam Asetat, HNO3, Akua steril, Aquadest, Air Sungai Belawan. Prosedur Penelitian Cara Pengambilan Sampel Teknik pengambilan sampling menggunakan teknik ”purpose random sampling”. Pada pengambilan sampel menggunakan cara point sampler dimana sampel di ambil pada 3 (tiga) titik (SNI 6989.57:2008). Preparasi Sampel Sebanyak 100 mL Air Sungai dimasukkan kedalam Beaker glass, ditambahkan 5 mL HNO3 pekat dipanaskan hingga setengah volume awal, kemudian didinginkan dan disaring dengan kertas saring dan diencerkan kedalam labu takar 100 mL. Selanjutnya dianalisa logam Fe, Mn dan Zn dengan menggunakan ICP-OES. 116
Studi Penggunaan Kitosan
Pembuatan Larutan Asetat 1%(v/v) Sebanyak 10 mL asam asetat glasial dimasukkan ke dalam labu ukur 1000 mL, kemudian diencerkan dengan aqua steril sampai garis tanda, dan dihomogenkan. Pembuatan Larutan NaOH 2 M (b/v) Sebanyak 40 g NaOH pelet dimasukkan kedalam Beaker glass. Dilarutkan dengan aquadest, dimasukkan kedalam labu takar 500 mL kemudian diukur hingga garis tanda sehingga diperoleh larutan NaOH 2 M. Pembuatan Larutan Cu(NO3)2.5H2O 0,5 M Sebanyak 34.6875 g Kristal Cu(NO3)2.5H2O dimasukkan ke dalam Beaker glass. Dilarutkan dengan aquadest, dimasukkan kedalam labu takar 500 mL kemudian diukur hingga garis tanda sehingga diperoleh larutan Cu(NO3)2 0,5 M. Pembuatan Larutan Kitosan Sebanyak 10 g kitosan dilarutkan kedalam larutan asetat 1% (b/v) sebanyak 1000 mL, lalu diaduk sampai homogen sehingga diperoleh larutan kitosan kental, Pembuatan Kitosan CuO Larutan kitosan dimasukkan kedalam Beaker glass, kemudian ditambahkan dengan larutan Cu(NO3)2 0,5 M dengan rasio (2:1) hingga diperoleh larutan kental Larutan kental dimasukkan kedalam pompa injeksi dan diteteskan kedalam larutan NaOH 2 M hingga terbentuk butiran hitam. Selanjutnya didiamkan selama 1 malam, kemudian disaring dicuci dengan akuades dan dikeringkan. Proses Adsorpsi Logam pada Air Sungai Sunggal dengan Kitosan CuO Sebanyak 50 mL Air belawan Sunggal setelah didestruksi dimasukkan kedalam kolom yang telah berisi 15 g kitosan CuO, didiamkan selama 15, 30, 45, 60, dan 75 menit, kemudian dibuka tutup kolom dan ditampung dengan botol vial, Selanjutnya dianalisa logam Fe, Mn dan Zn dengan menggunakan ICP. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini air sungai belawan sebagai sampel memiliki warna kuning kecoklatan agak keruh di distruksikan dengan larutan HNO3. Kemudian mengukur absorbansi dengan menggunakan ICP-OES pada panjang gelombang tertentu. Konsentrasi sampel yang baku yang Kimia FMIPA Unmul
Jurnal Kimia Mulawarman Volume 14 Nomor 2 Mei 2017 Kimia FMIPA Unmul
P-ISSN 1693-5616 E-ISSN 2476-9258
didapat kemudian dibandingkan dengan konsentrasi sampel air yang menggunakan kitosan CuO. Tabel 1. Data konsentrasi logam pada air Belawan
Parameter
1. 2. 3.
Besi(Fe) Mangan (Mn) Seng (Zn)
Konsentrasi (mg/L) 0,05051 0,3251 0,06402
sungai
Baku Mutu 0,3 0,1 0,05
Cu(NO3)2 (aq) + 2NaOH(aq) → Cu(OH)2 + NaNO3(aq) Cu(OH)2 (l) → CuO (s) + H2O (l)
Kemudian didiamkan selama 24 jam kemudian disaring dan dicuci dengan aquades dan dikeringkan terbentuk kitosan CuO butiran berwarna hitam.
80 70
3500
3000
2500
2000 1500 Wavenumber cm-1
668.48
896.18
1083.02 1030.88
1154.92
1261.45
1324.59
1423.79 1383.18
1512.56
1641.75
2125.82
2360.64 2341.96
2879.28
3440.01
50
60
Transmittance [%]
90
100
No
Larutan kitosan dalam beaker glass ditambah kan Cu(NO3)2 0,5 M larutan dengan rasio (2:1) maka larutan kitosan mengental kemudian dimasukkan kedalam pompa injeksi diteteskan kelarutan NaOH 2M hingga terbentuk butiran hitam.
1000
Gambar 1. Spektrum FT-IR Kitosan Komersil. C:\Program Files\OPUS_65\PPKS\EK\KK.1
KK
Instrument type and / or accessory
04/10/2016
85 80 75
3500
3000
2500
2000
1500
654.41 614.48
849.41
1095.95
1458.99
1635.61
2361.47 2337.78
3443.83
60
65
70
Transmittance [%]
90
95
Page 1/1
1000
Wavenumber cm-1
Gambar 2. Spektrum FT-IR Kitosan CuO C:\Program Files\OPUS_65\PPKS\EK\KR.4
KR
Instrument type and / or accessory
Hasil analisis spektrum infra merah dari kitosan komersil seperti pada gambar 1 diatas. Pada kitosan terdapat ulur O-H pada bilangan gelombang 3440,01 cm-1 yang memunculkan pita lebar dengan intentitas yang kuat. Adanya ulur NKimia FMIPA Unmul
Page 1/1
04/10/2016
H dapat diperjelas dengan tekukan N-H pada bilangan gelombang 1512,58 cm-1 . Serapan pada bilangan gelombang 2879,82 cm-1 merupakan rentang C-H dari metilen (-CH2) dari rantai utama kitin yang berbentuk siklik. Adanya vibrasi ini 117
Mutia Khairuni Kimia FMIPA Unmul
diperjelas dengan adanya tekuk C-H dari metil maupun metilen pada bilangan gelombang 1383,18 cm-1 . Pada bilangan gelombang 1641,75 cm-1 terdapat rentang C=O yang berasal dari gugus amida (-NHCOCH3-). Pembentukan kitosan CuO seperti pada gambar 2. Serapan pada bilangan gelombang 3500-3100 cm-1 tidak ditemukan puncak yang spesifik karena pada daerah ini terdapat uluran OH yang tumpang tindih dengan ulur N-H yang memiliki daerah pergeseran yang lebih lebar karena pada N-H telah terikat tembaga. Adanya uluran N-H yang terikat dengan tembaga diperjelas dengan adanya tekukan yang mengalami pergeseran ke bilangan gelombang yang lebih kecil yaitu dari bilangan gelombang 1512,58 menjadi 1458,99cm-1 akibat semakin besarnya masa tereduksi dan mengikat senyawa kompleks. Kitosan CuO yang berwana hitam berbentuk butiran-butiran pasir di masukkan ke dalam kolom sebanyak 15 g dan kemudian ditambahkan sampel terjadi gelembunggelumbung dan air sampel menjadi berwarna biru muda dan terbentukendapan kecoklatan kemudian setalah 15 menit disaring dan menghasilkan filtrat berwarna biru muda bening dilakukan pengulangan yang sama pada rentang waktu 30 menit, 45 menit, 60 menit dan 75 menit. Kemudian di analisa dengan menggunakan ICPOES. Hubungan antara waktu kontak dan persen daya sarap yang dapat dlihat pada gambar 3. dimana pada waktu kontak selama 45 menit mengalami kenaikan daya serap yang sangat signifikan, sedangkan antara kontak waktu 45 menit menuju 60 dan 75 menit daya serap menurun. terdapat perbedaan sedikit sedangkan pada logam Fe mengalami penurunan
Gambar 3. Kurva Hubungan Antara Waktu Kontak Dengan Daya Serap (a) logam Fe, (b) logam Mn, (c) logam Zn.
118
Studi Penggunaan Kitosan
Dalam adsorbsi logam dengan komposit kitosan CuO pada air sungai diperoleh Fe 69,71%, Mn 90,35%, Zn 92,05%. Dengan memvariasikan waktu , karena Lamanya waktu perendaman merupakan lamanya kontak larutan kitosan dengan air sungai yang juga sangat mempengaruhi proses adsorbsi logam. Lama waktu perendaman mempengaruhi gugus amino dalam mengikat logam Fe, Mn dan Zn . Semakin lama waktu perendaman dengan larutan komposit kitosanCuO, maka semakin banyak kadar ion logam berat yang diikat oleh gugus amino. Namun berdasarkan hasil penelitian menunjukkan jika pada lama perendaman 45 menit lebih efektif daya serap yang dihasilkan pada Mn 90,35% dan Zn 92,05%. Pada logam Fe daya serap yang dihasil 69,71% namun tetap terjadi penurun kadar logam. Larutan kitosan mencapai titik optimum pada lama perendaman selama 45 menit sehingga setelah mencapai titik tersebut daya serap larutan kitosan mengalami penurunan. Jika Dalam adsorpsi telah tercapai massa optimum, maka selanjutnya tidak akan terjadi kenaikan atau penurunan adsorpsi, akan tetapi bersifat statis dan relatif konstan. Pada proses adsorpsi dengan waktu 60 menit dan 75 menit, terjadi penurunan persentase adsorpsi, diduga karena gugus amin dan hidroksil yang terdapat pada kitosan sudah penuh mengikat komponen lain (H+) atau sudah jenuh. Pada kondisi adsorpsi yang terlalu lama, kemungkinan ion logam yang sudah terikat oleh adsorben (kitosan) dapat terlepas lagi atau terjadi desorpsi [8]. Atau disebabkan oleh suhu yang rendah (suhu kamar), sehingga ikatan yang terjadi bersifat ikatan lemah. Semakin lama proses adsorpsi berlangsung, maka larutan akan semakin basa, sehingga daya adsorpsi kitosan menurun dan semakin tidak efektif. Pada logam Mn dan Fe diperoleh adsorbsi Mn lebih tinggi dibandingkan Fe. Jika berdasarkan sifat unsur logam seharusnya unsur logam Fe lebih tinggi dibandingkan Mn. Karena posisi unsur logam Fe terletak disebalah kanan unsur logam Mn dimana energi ionisasi unsur logam Fe lebih besar, karena semakin ke kanan gaya tarik inti makin kuat, sifat keelektronegatifan lebih besar dan kereaktifannya lebih reaktif dibandingkan unsur logam Mn . Pada hasil penelitian rendahnya daya serap logam Fe dapat terjadi karena faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi sepertiukuran partikel, konsentrasi, dan suhu [9]. Kimia FMIPA Unmul
Jurnal Kimia Mulawarman Volume 14 Nomor 2 Mei 2017 Kimia FMIPA Unmul
KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa 1. Kadar logam berat yang terdapat pada air sungai Belawan yaitu logam Fe diperoleh 0,05051 mg/l, logam Mn 0,3251 mg/l, dan logam Zn 0,06402. Setelah menggunakan kitosan kadar logam menurun dengan daya serap Fe 69,71%, Mn 90,35%, Zn 92,05%. 2. Lama perendaman kitosan CuO berpengaruh nyata terhadap penurunan kadar logam berat Fe, Zn dan Mn air sungai Belawan. Untuk perlakuan perendaman terbaik, yaitu 45 menit dengan daya serap Fe 69,71%, Mn 90,35%, Zn 92,05%. DAFTAR PUSTAKA [1] Yeanny, M. S. 2005. Pengaruh Aktivitas Masyarakat terhadap Kualitas Air dan Keanekaragaman Plankton di Sungai Belawan Medan. Medan:Jurnal Komunikasi Penelitian 17 (2) [2] Schmul, R, Krieg HM, Keizer, K. 2001. Adsorption of Cu(II) and Cr(VI) ions by chitosan kinetic and equilibrium studies, from http://www.wrc.org.za [3] Trimurni, A, Harry, A, Wandania, F. Laporan Akhir Penelitian Riset Pembinaan Iptek Kedokteran. 2006.Medan: Fakultas Kedokteran Gigi USU, 16-8, 27-30, 37-9.
Kimia FMIPA Unmul
P-ISSN 1693-5616 E-ISSN 2476-9258
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Elwakeel, Khalid Z, Guibal, Eric. 2015. Arsenic(V) Soption Using Chitosan/Cu(OH)2 and Chitosan/CuO. Charbohydrate Polymers.,134: 190-24 Sanjaya I, Leny Y, 2007. Adsorpsi Pb (II) oleh Kitosan Hasil Isolasi Kitin Cangkang Kepiting Bakau (Scylla sp). Jurnal Ilmu Dasar. 8(1): 30-36. Muhadi, Risfidian. 2011. Preparasi Dan Karakterisasi Kompleks Kitosan HidrogelTembaga(II). FMIPA. Universitas Sriwijaya: vol.2 NO.1 Mei 2011:35-43 Nuralam, Endoraza. 2012. Pemanfaatan Limbah Kulit Kepiting Menjadi Kitosan Sebagai Penjernih Air Pada Air Rawa Dan Air Sungai. Teknik kimia. Universitas Sriwijaya: No. 4, vol.8, Khotimah, Nurul. 2010. Adsorpsi Logam Kromium (IV) oleh Biomassa Chara Fragilis Menggunakan Spektroskopi Serapan Atom [PKM-GT]. Surakarta: Universitas Sebelas Maret Sugita, P, Wukirsari, T, Sjahriza, A, Wahyono, D.2009. Kitosan Sumber Biomaterial Masa Depan. Bogor: IPB Press
119
