perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK TESIS Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Disusun oleh: Dian Kresnadipayana A130809004 PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
91
Embed
TESIS - digilib.uns.ac.id...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id PROGRAM PASCASARJANA 2012 commit to user PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN …
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN
(Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI)
PADA LIMBAH CAIR BATIK
TESIS
Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister
Program Studi Ilmu Lingkungan
Disusun oleh:
Dian Kresnadipayana
A130809004
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PENGESAHAN
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI)
PADA LIMBAH CAIR BATIK
TESIS
Oleh: Dian Kresnadipayana
A130809004
Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal
Ketua merangkap anggota
Dr. Prabang Setyono, M.Si. NIP. 19720524 199903 1 002
Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. NIP. 19600809 198612 1 001
…………………
…………
Anggota Penguji
Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. NIP. 19681124 199403 1 001
…………………
…………
Telah dipertahankan di depan penguji
Dinyatakan telah memenuhi syarat Pada tanggal 20 Februari 2012
Direktur Program Pascasarjana UNS
Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. NIP. 19610717 198601 1 001
Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan
Dr. Prabang Setyono, M.Si. NIP. 19720524 199903 1 002
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa:
1. Tesis yang berjudul: “PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH
KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM
Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK” ini adalah karya penelitian saya
sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan
oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara
tertulis digunakan sebagian acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam
sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat
plagiat dalam karya ini, maka saya bersedia menerima sanksi ketentuan
peraturan perundang-undangan (Permendiknas No. 17 tahun 2010)
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain
harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS
sebagai institusi. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam
bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau
keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Ilmu Lingkungan PPs-UNS berhak
mempublikasikan pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu
Lingkungan PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan
publikasi ini maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.
Surakarta, Februari 2012
Yang membuat pernyataan
Dian Kresnadipayana
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
ABSTRAK
Dian Kresnadipayana. 2012. Pemanfaatan Zeolit Alam dan Limbah Kayu Aren (Arenga pinnata) untuk Menurunkan Logam Cr(VI) pada Limbah Cair Batik. TESIS. Pembimbing I: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D., II: Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. Program Studi Ilmu Lingkungan, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pemanfaatan zeolit alam dan limbah kayu aren (Arenga pinnata) telah dilakukan untuk menurunkan logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas limbah cair batik dari kandungan logam Cr(VI) dan mengetahui perbandingan antara adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Zeolit alam diaktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 150 oC dan secara kimia dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M. Limbah kayu aren diaktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 105 oC dan aktivasi secara kimia dengan HNO3 0.6 M dan NaOH 0.1 M. Variasi isian matrik adsorben pada kolom digunakan untuk mengetahui perbandingan besarnya adsorpsi dengan panjang unggun 20 cm. Aplikasi ZA, LKA dan ZA-LKA terhadap larutan K2Cr2O7 80 ppm dilanjutkan aplikasi terhadap limbah cair batik. Analisis kadar logam Cr(VI) menggunakan metode spektrofotometer serapan atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar logam Cr(VI) pada sampel limbah cair sebesar 14,68 ppm. Satu kali elusi larutan K2Cr2O7 80 ppm pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA berturut-turut kemampuan adsorpsinya sebesar 99,96 %; 81,40 %; dan 99,83 %. Satu kali elusi sampel limbah cair batik pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA berturut-turut kemampuan adsorpsinya sebesar 99,97 %; 98,39 %; dan 99,39 %. Limbah cair batik setelah perlakuan telah memenuhi kriteria baku mutu air limbah ditinjau dari kandungan logam Cr(VI). Kata kunci: limbah cair batik, logam Cr(VI), adsorpsi, zeolit alam, limbah kayu aren
(Arenga pinnata).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
ABSTRACT
Dian Kresnadipayana. 2012. The Use of Natural Zeolites and Solid Waste of Palm (Arenga pinnata) to Reduce Metal Cr(VI) in Liquid Waste of Batik. THESIS. Concultant I: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D., II: Dr. Masykuri Mohammad, M.Sc. Postgraduate Program of Environmental Science Study Program of Surakarta Sebelas Maret University.
Natural zeolite and solid waste of palm (Arenga pinnata) have been used to reduce the metal Cr(VI) content in liquid waste of batik manufacturing. The aims of the research were to determine the quality of liquid waste of batik manufacturing in term of from the metal Cr(VI) content and to compare the adsorption using three activated adsorbents, i.e, natural zeolite (ZA), solid waste of palm (LKA) and natural zeolite-solid waste of palm (ZA-LKA) that has been activated in the column system.
The natural zeolite was activated physically by heating it at temperature of 150° C and chemically using 6 M HCl and NH4NO3 2 M. The solid waste of palm was activated physically by heating it at temperature of 105 °C and was activated of chemical using HNO3 0.6 M and NaOH 0.1 M. Three columns were filled by ZA, LKA and LKA, respectively each bed was 20 cm height. Solution of 150 mL 80 ppm of K2Cr2O7 was flown to each column. The same experiment was done for liquid waste of batik manufacturing. Both experiment apllied one time elution. The Cr(VI) content were analyze using atomic absorption spectrophotometer (AAS).
The Cr(VI) content in waste water was 14,68 ppm. The result showed that 99.96%, 81.40% and 99.83% of Cr(VI) in K2Cr2O7 have been removed when using ZA, LKA, and ZA-LKA. Meanwhile, for waste water sample, percentage of Cr(VI) removed when using ZA, LKA, and ZA-LKA respectively of 99.97%, 98.39% and 99.39 %. This system have been proven to be able to improve the quality of the waste and have been fullfilled the requrement in term of Cr(VI) content. Key words: liquid waste of batik manufacturing, metal Cr (VI), adsorption, natural
zeolite, solid waste of palm (Arenga pinnata).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
MOTTO
“... dan apabila dikatakan : “Berdirilah kamu”, Maka berdirilah, niscaya Allah
akan meninggikan orang-orang yang beriman dan orang-orang yang diberi
ilmu pengetahuan beberapa derajat, dan Allah Maha Mengetahui apa yang
kamu kerjakan.” (QS. Al Mujaadilah :11)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
PERSEMBAHAN :
Karya ini dipersembahkan, Kepada :
• Alloh dan Rasul-Nya, semoga karya ini dapat menjadi pemberat amal kebaikan pada yaumul mizan nantinya.
• Ibu dan Ayah, yang memberikan kepercayaan kepadaku untuk meneruskan perjuangan ini.
• Bidadariku, Betty Herawati yang telah memberikan senyuman manis, canda tawa, doa, dukungan, semangat dan motivasi.
• Sulungku, Arkan Dian Husnayan yang telah memberikan senyuman semangat dan wajah penyejuk cahaya mata.
• Kakakku, Yoga Aristo dan Yona Arthea yang telah membantu penyelesaian tesis ini.
• Ikhwah fillah, semoga hati kita senantiasa dipersatukan dalam ikatan cinta kepada-Nya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh,
Puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat,
hidayah serta inayah-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan dengan
lancar.
Penyelesaian penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,
maka dalam kesempatan ini diucapkan banyak terimakasih kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. selaku Direktur Pascasarjana Universitas
Sebelas Maret.
2. Dr. Prabang Setyono, selaku Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan
Pascasarjana Universitas Sebelas Maret.
3. Dr. Sunarto, M.S. selaku Sekretaris Program Magister Program Studi Ilmu
Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret.
4. Prof. Dr Sri Budiastuti, M.Si selaku Sekretaris Program Doktor Program
Studi Ilmu Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret.
5. Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. selaku Pembimbing I yang telah banyak
memberikan arahan dan masukan.
6. Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. selaku Pembimbing II yang dengan sabar
membimbing dan memberikan motivasi serta mengarahkan pemikiran
penulis.
7. Seluruh dosen Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan ilmu
selama menempuh studi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
8. Teman-teman satu perjuangan di Program Studi Ilmu Lingkungan: Habib,
Andhika Bayu, Mas Narno, Pak Yoni, Pak Wahyono, Pak Wondo, Bu
Handayani, Bu Indriati, Pak Gunawan, Pak Edy, Pak Rusdiansjah, Hendrik
Boby, Sylvia Pulot, Sacksy Vilayhak, Pak Haruddin, Mas Budi, dan Pak Arif,
tetap jaga semangat dan kekompakan angkatan 2009. Mas Joni, Dek Mila dan
Dek Dhina yang telah membantu secara administrasi selama ini.
9. Ikhwah fillah: Ustadz Abdul Hakim, S.HI., Ustadz Muhammad Rodhi, S.T.,
Ustadz Sugeng Riyanto, S.Sos., dan teman-teman jebres yang telah
memberikan semangat, doa dan dukungan.
10. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penulis menempuh
pendidikan yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terimakasih semua.
Menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan tesis ini, maka dengan
segala kerendahan hati mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi
perbaikan dan penyempurnaan. Akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi
kita semua. Amin.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh.
Surakarta, Februari 2012
Penulis
DIAN KRESNADIPAYANA
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN.............................................................................. ii
HALAMAN PERNYATAAN ………………………………………………… iii
ABSTRAK …………………………………………………………………….. iv
HALAMAN MOTTO …………………………………………………………. vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………………. vii
KATA PENGANTAR ………………………………………………………… viii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………….. x
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR........................................................................................... xiv
BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................
A. Latar Belakang .........................................................................................
B. Perumusan Masalah .................................................................................
C. Tujuan Penelitian .....................................................................................
D. Manfaat Penelitian ....................................................................................
1
1
6
7
7
BAB II. LANDASAN TEORI … ........................................................................
A. Tinjauan Pustaka.......................................................................................
1. Limbah Cair Batik .................................................................................
2. Logam Krom (Cr) ..............................................................................
3. Pengolahan Air Limbah .....................................................................
dalam air melalui sifat adsorpsi koloid tersebut, sehingga partikel tersebut menjadi
bermuatan negatif. Koloid bermuatan negatif ini melalui gaya-gaya Van der Waals
menarik ion-ion bermuatan berlawanan dan membentuk lapisan kokoh (lapisan stern)
mengelilingi partikel inti. Selanjutnya lapisan kokoh stern yang bermuatan positif
menarik ion-ion negatif lainnya dari dalam larutan membentuk lapisan kedua
(lapisan difus). Kedua lapisan tersebut bersama-sama menyelimuti partikel-partikel
koloid dan membuatnya menjadi stabil. Partikel-partikel koloid dalam keadaan stabil
menurut Davis dan Cornwell (1991), cenderung tidak mau bergabung satu sama
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
lainnya membentuk flok-flok berukuran lebih besar, sehingga tidak dapat
dihilangkan dengan proses sedimentasi ataupun filtrasi.
Koagulasi pada dasarnya merupakan proses destabilisasi partikel koloid
bermuatan dengan cara penambahan ion-ion bermuatan berlawanan (koagulan) ke
dalam koloid, dengan demikian partikel koloid menjadi netral dan dapat
beraglomerasi satu sama lain membentuk mikroflok. Selanjutnya mikroflok-
mikroflok yang telah terbentuk dengan dibantu pengadukan lambat megalami
penggabungan menghasilkan makroflok (flokulasi), sehingga dapat dipisahkan dari
dalam larutan dengan cara pengendapan atau filtrasi (Eckenfelder, 1989; Farooq dan
Velioglu, 1989).
Koagulan yang biasa digunakan antara lain polielektrolit, aluminium, kapur,
dan garam-garam besi. Masalah dalam pengolahan limbah secara kimiawi adalah
banyaknya endapan lumpur yang dihasilkan (Eckenfelder, 1989; MetCalf dan Eddy,
2003), sehingga membutuhkan penanganan lebih lanjut.
Cara biologi dapat menurunkan kadar zat organik terlarut dengan
memanfaatkan mikroorganisme atau tumbuhan air. Pada dasarnya cara biologi
adalah pemutusan molekul kompleks menjadi molekul sederhana. Proses ini sangat
peka terhadap factor suhu, pH, oksigen terlarut (DO) dan zat-zat inhibitor terutama
zat-zat beracun. Mikroorganisme yang digunakan untuk pengolahan limbah adalah
bakteri, algae, atau protozoa (Ritmann dan McCarty, 2001). Sedangkan tumbuhan air
yang mungkin dapat digunakan termasuk gulma air (aquatic weeds) (Lisnasari,
1995).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
4. Zeolit
Kata “zeolit” berasal dari kata Yunani zein yang berarti membuih dan lithos
yang berarti batu. Zeolit merupakan mineral hasil tambang yang bersifat lunak dan
mudah kering. Warna dari zeolit adalah putih keabu-abuan, putih kehijau-hijauan,
atau putih kekuning-kuningan. Ukuran kristal zeolit kebanyakan tidak lebih dari 10–
15 mikron. Zeolit terbentuk dari abu vulkanik yang telah mengendap jutaan tahun
silam. Sifat-sifat mineral zeolit sangat bervariasi tergantung dari jenis dan kadar
mineral zeolit. Zeolit mempunyai struktur berongga biasanya rongga ini diisi oleh air
serta kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Oleh karena
itu zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler, senyawa penukar ion,
sebagai filter dan katalis. (Sutarti, 1994)
a. Struktur Zeolit
Zeolit mengandung unsur utama silikon, aluminium, dan oksigen serta
mengikat sejumlah tertentu molekul air di dalam porinya. Unsur lain yang juga
terdapat pada zeolit adalah unsur logam alkali dan alkali tanah.
Gambar 2. Kerangka Utama Zeolit (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Dalam struktur tersebut Si4+ dapat diganti Al4+
(Gambar 2), sehingga rumus
umum komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut :
Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] m H2O (Lesley et al., 2001)
dengan : n = Valensi kation M (alkali / alkali tanah) x dan y = Jumlah tetrahedron per unit sel m = Jumlah molekul air per unit sel M = Kation alkali / alkali tanah
Struktur zeolit yang merupakan senyawa aluminosilikat dapat dijabarkan
seperti pada gambar di bawah. Tetrahedral SiO4 dan AlO4 saling berhubungan pada
sudut-sudut tetrahedralnya untuk membentuk Al, Si framework tiga dimensi yang
berpori. Kation-kation alkali monovalen atau divalen menempati posisinya di dalam
pori-pori. Kehadiran kation-kation ini akan menetralkan muatan zeolit. Sebagian pori
ditempati atau diisi oleh molekul-molekul air.
Gambar 3. Skematika Pembetuktan Struktur Zeolit Tiga Dimensi
(Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
b. Sifat Zeolit
Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, di antaranya :
1. Dehidrasi
Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat jerapannya. Keunikan zeolit
terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam di dalam pori-porinya
terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul air tersebut
dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit akan
meninggalkan pori yang kosong (Bambang et al., 1995).
2. Penjerapan
Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul
air yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar.
Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penjerap gas atau cairan
(Bambang et al., 1995).
3. Penukar Ion
Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini
dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran
dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain
tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion (Bambang et al., 1995).
4. Katalis
Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi
kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular dari
reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekul-molekul
kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler seperti ini
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam (Bambang et al.,
1995).
5. Penyaring / pemisah
Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan
bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Molekul yang berukuran lebih
kecil dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari
ruang hampa akan ditahan (Bambang et al., 1995).
Kekuatan zeolit sebagai penjerap, katalis, dan penukar ion sangat tergantung
dari perbandingan Al dan Si, sehingga dikelompokkan menjadi 3 (Sutarti, 1994)
sebagai berikut:
1. Zeolit dengan kadar Si rendah yaitu zeolit jenis ini banyak mengandung Al (kaya
Al), berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan atau
pemurnian dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat mencapai 0,5 cm3/cm3
volume zeolit. Kadar maksimum Al dicapai jika perbandingan Si/Al mendekati 1 dan
keadaan ini mengakibatkan daya penukaran ion maksimum.
2. Zeolit dengan kadar Si sedang yaitu kerangka tetrahedral Al dari zeolit tidak stabil
terhadap pengaruh asam dan panas. Jenis zeolit mordenit mempunyai perbandingan
Si/Al = 5 sangat stabil.
3. Zeolit dengan kadar Si tinggi yaitu zeolit ini mempunyai perbandingan Si/Al =10-
100 sehingga sifat permukaannya tidak dapat diperkirakan lebih awal. Sangat
higroskopis dan menyerap molekul non-polar sehingga baik digunakan sebagai
katalisator asam untuk hidrokarbon.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
c. Zeolit Alam
Komposisi dan struktur zeolit alam kebanyakan terdiri dari mineral
mordernit dan klinoptillit (Gambar 4). Dari uji pendahuluan terhadap zeolit alam
Wonosari dengan menggunakan difraksi sinar x diketahui bahwa sebagian besar
penyusunnya adalah mordernit. Analisis lebih lanjut terhadap zeolit alam Wonosari
menunjukkan bahwa zeolit mempunyai rasio Si/Al 4,75; keasaman sebesar 2,39
mmol/g; luas permukaan 24,13 m2/g; volume pori 74,25 x 10-3 mL/g; rerata jejari
pori 60,54 dan memilki kandungan logam Na, K, Ca dan Fe masing-masing sebesar
4,29 %; 1,34 %; 2,39 5 dan 1,04 %. (Budi, 2006)
Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa zeolit alam
mampu dimanfatkan sebagai adsorben limbah pencemar dari beberapa industri.
Zeolit mampu menjerap berbagai macam logam, antara lain Ni, Np, Pb, U, Zn, Ba,
Ca, Mg, Sr, Cd, Cu dan Hg (Kosmulski, 2001).
Tabel 1. Sifat Zeolit Jenis Mordenit
Zeolit Mordenit Sifat
Struktur kristal
Swelling
Kestabilan panas
Kestabilan radiasi
Adsorpsi
Penukar kation
Penyaring molekul
Katalis
Framework 3 dimensi
Sangat kecil
Tinggi
Sedang
Tinggi
Sedang
Tinggi
Tinggi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
(a) (b)
Gambar 4. (a) Struktur Zeolit Jenis Mordenit Na8 [Al8Si40O96]. 24H2O (b) Struktur Zeolit Jenis Klinoptilolit Na6 [Al6Si30O72]. 24H2O. (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)
d. Aktivasi Zeolit Alam
Proses aktivasi zeolit alam dapat dilakukan dengan 2 cara, yang pertama yaitu
secara fisika melalui pemanasan dengan tujuan untuk menguapkan air yang
terperangkap di dalam pori-pori kristal zeolit, sehingga luas permukaannya
bertambah (Khairinal, 2000). Proses pemanasan zeolit dikontrol, karena pemanasan
yang berlebihan kemungkinan akan menyebabkan zeolit tersebut rusak.
Aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan untuk membersihkan permukaan
pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat
dipertukarkan. Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi
0,1N hingga 11 N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi
yaitu keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka zeolit. Aktivasi asam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
menyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas
permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit.
Luas permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam
proses penjerapan (Weitkamp, 1999). Menurut Hamdan yang dikutip oleh Dina
tingginya kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit sangat
hidrofilik. Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan hambatan dalam
kemampuan penjerapannya. Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan
kristalinitas, keasaman dan luas permukaan (Hari, 2001). Heraldy (2003) juga
mengkaji aktivasi asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari. Asam
yang dipergunakan adalah HCl, HNO3, H2SO4 dan H3PO4. Hasilnya menunjukkan
bahwa perlakuan asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari
meningkatkan daya jerap zeolit terhadap limbah cair. Penelitian tersebut
menyimpulkan bahwa perlakuan asam telah berhasil melepaskan alumunium dari
kerangka zeolit dan mampu meningkatkan keasaman zeolit. Peningkatan keasaman
zeolit disebutkan mampu memperbesar kemampuan penjerapan zeolit. Hal itu terjadi
karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka dan permukaan padatannya menjadi
bersih dan luas.
5. Aren (Arenga pinnata)
Aren (Arenga pinnata) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji
buahnya terbungkus daging buah. Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan
aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu
soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Sampai saat ini tepung dari pati batang aren
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
belum dapat disubstitusi. Pembuatan tepung aren dilakukan melalui terlebih dahulu
menebang batang pohon aren kemudian dipotong-potong sepanjang 1,25 - 2 meter.
Pada industri tradisional, serat tadi dimasukkan ke bak yang dialiri air serta
diaduk-aduk dengan cara menginjak-injak untuk memisahkan antara ampas aren dan
tepungnya. Diagram alir proses pembuatan tepung pati aren dapat dilihat pada
Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir proses pembuatan tepung aren
(Firdayati dan Handajani, 2005)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
Industri tepung aren berada di Dukuh Bendo, Desa Daleman Kecamatan
Tulung, Kabupaten Klaten Jawa Tengah, sekitar 15-18 km ke arah utara kota Klaten.
Luas Dukuh Bendo mencapai 61.190 m2, dengan jumlah penduduk 1.164 jiwa. Mata
pencaharian penduduk terutama adalah dari industri aren yang mencapai jumlah 35
buah. Industri yang kebanyakan rumahan tersebut mendapatkan pasokan bahan baku
batang pohon aren dari 3 pabrik yang juga berlokasi di dukuh tersebut. Saat ini,
industri tepung aren menghasilkan limbah limbah cair dan limbah padat (Firdayati
dan Handajani, 2005).
Limbah cair berasal dari proses pemarutan/pelepasan pati dari serat dan
pengendapan tepung aren. Limbah padat yang berupa serbuk serat aren semula
dimanfaatkan oleh industri budidaya jamur di kota Yogyakarta. Namun pada dua
tahun terakhir, industri tersebut tidak beroperasi lagi, akibatnya timbunan limbah
padat memenuhi bantaran sungai dan daerah sekitar sawah. Lindi dari limbah padat
ini mulai terasa mencemari badan air dan sistem irigasi yang ada di daerah tersebut.
Dampak yang dirasakan penduduk berupa timbulnya gangguan kulit setelah
menggunakan sumber air yang sudah tercemar oleh lindi ampas aren dan juga
matinya ikan-ikan pada kolam ikan milik penduduk, selain bau yang menyengat,
khususnya setelah ampas terbasahi oleh hujan (Firdayati dan Handajani, 2005).
Limbah padat yang tidak ditangani dengan baik, berpotensi menimbulkan
masalah bagi komunitas sekitarnya. Limbah padat yang komponen dasarnya ada
materi organik akan terdekomposisi secara alamiah di lingkungan. Namun dalam
prosesnya sering sekali timbul gangguan bau dan estetika dari timbunan limbah padat
ini (Firdayati dan Handajani, 2005).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Kandungan fosfor dan kalium limbah kayu aren dalam bentuk ampas masih
tinggi (Tabel 4). Tingginya kandungan besi (Fe) dan Mangan (Mn) pada limbah
diperkirakan berasal dari air sumur yang digunakan selama proses (Tabel 2)
(Firdayati dan Handajani, 2005).
Tabel 2. Karakteristik Limbah Kayu Aren dan Baku Mutu
(Firdayati dan Handajani, 2005) No. Parameter Satuan Hasil Analisa 1. C-Organik % BK 69,94 2. N-Organik % BK 0,70 3. Total Phospat mg/kg BK 1464,46 4. Amoniak mg/kg BK 0,04 5. Kalium (K) mg/kg BK 2206,96 6. Magnesium (Mg) mg/kg BK 635,85 7. Besi (Fe) mg/kg BK 652,23 8. Seng (Zn) mg/kg BK 106,06 9. Tembaga (Cu) mg/kg BK 5,82 10. Fosfor (P) mg/kg BK 487,67 11. Mangan (Mn) mg/kg BK 41,86
6. Komponen Kimia Kayu
Kayu sebagian besar tersusun atas tiga unsur yaitu unsur C, H dan O. Unsur-
unsur tersebut berasal dari udara berupa CO2 dan dari tanah berupa H2O. Namun,
dalam kayu juga terdapat unsur-unsur lain seperti N, P, K, Ca, Mg, Si, Al dan Na.
Unsur-unsur tersebut tergabung dalam sejumlah senyawa organik, secara umum
dapat dibedakan menjadi dua bagian (Fengel dan Wegener, 1995) yaitu:
1. Komponen lapisan luar yang terdiri atas fraksi-fraksi yang dihasilkan oleh
kayu selama pertumbuhannya. Komponen ini sering disebut dengan zat
ekstraktif. Zat ekstraktif ini adalah senyawaan lemak, lilin, resin dan lain-lain.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
2. Komponen lapisan dalam terbagi menjadi dua fraksi yaitu fraksi karbohidrat
yang terdiri atas selulosa dan hemiselulosa, fraksi non karbohidrat yang
terdiri dari lignin.
a. Selulosa dan Hemiselulosa
Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel
bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur tumbuhan. Selulosa pada kayu
umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas hampir mencapai 98%. Selulosa
terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat dengan ikatan 1-4β-
glukosida.
Gambar 6. Model Struktur Selulosa
Hemiselulosa adalah polimer polisakarida heterogen tersusun dari unit D-
glukosa, D-manosa, L-arabiosa dan D-xilosa. Hemiselulosa pada kayu berkisar
antara 20-30%. Dilihat dari strukturnya, selulosa dan hemiselulosa mempunyai
potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH- yang
terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH-, pada
selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut.
Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat
polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme jerapan yang terjadi antara gugus
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
OH- yang terikat pada permukaan dengan ion logam yang bermuatan positif (kation)
merupakan mekanisme pertukaran ion sebagai berikut (Yantri, 1998).
Gambar 7. Mekanisme Gugus OH- pada Selulosa dengan Ion Logam
M+
dan M2+
adalah ion logam, OH- adalah gugus hidroksil dan Y adalah
matriks tempat gugus OH- terikat. Interaksi antara gugus OH- dengan ion logam juga
memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom
oksigen (O) pada gugus OH- mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion
logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan
menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu
senyawa atau ion kompleks.
Menurut Terada et al. (1983) ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif
pada zat organik dengan molekul dapat dijelaskan sebagai perilaku interaksi asam-
basa Lewis yang menghasilkan kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem
adsorpsi larutan ion logam.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
b. Lignin
Lignin adalah polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang
diikat dengan ikatan eter (C-O-C) dan ikatan karbon (C-C). Lignin bersifat tahan
terhadap hidrolisis karena adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Lignin adalah suatu
polimer yang komplek dengan bobot molekul tingi yang tersusun atas unit-unit
fenilpropana. Lignin termasuk ke dalam kelompok bahan yang polimerisasinya
merupakan polimerisasi cara ekor (endwisepolymerization), yaitu pertumbuhan
polimer terjadi karena satu monomer bergabung dengan polimer yang sedang
tumbuh. Polimer lignin merupakan polimer bercabang dan membentuk struktur tiga
dimensi (Gambar 8) (Judoamidjojo et al., 1989).
Di alam keberadaan lignin pada kayu berkisar antara 25-30%, tergantung
pada jenis kayu atau faktor lain yang mempengaruhi perkembangan kayu. Pada kayu,
lignin umumnya terdapat di daerah lamela tengah dan berfungsi pengikat antar sel
serta menguatkan dinding sel kayu. Kulit kayu, biji, bagian serabut kasar, batang dan
daun mengandung lignin yang berupa substansi kompleks oleh adanya lignin dan
polisakarida yang lain. Kadar lignin akan bertambah dengan bertambahnya umur
tanaman. Lignin bersifat tidak larut dalam kebanyakan pelarut organik. Lignin yang
melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisa yang disebabkan oleh adanya
ikatan alkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan
struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan
lain-lain. Sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al.,
1989).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
Gambar 8. Model Struktur Lignin (Brunow, 1995)
Proses delignifikasi merupakan perlakuan pendahuluan terhadap bahan baku
sehingga mempermudah pelepasan hemiselulosa. Proses ini berfungsi untuk
membersihkan lignin. Berbagai perlakuan pendahuluan atau delignifikasi dapat
dilakukan seperti perlakuan secara fisik (penggilingan, pemanasan dengan uap,
radiasi atau pemanasan dengan udara kering) dan secara kimia (pelarut, larutan
pengembang, gas SO2) (Frida, 1998). Menurut Foody et al., (1999) menyatakan
bahwa perlakuan pendahuluan dapat dilakukan dengan mengkombinasikan antara
perlakuan fisik dan kimia. Perlakuan fisik seperti penggilingan, tekanan, pengepresan
dan sebagainya sedangkan kimia seperti penggunaan panas, pelarut dan asam.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
c. Modifikasi Biosorben
Modifikasi biosorben bertujuan meningkatkan kapasitas adsorpsi dari
biosorben. Modifikasi dapat dilakukan dengan memberi perlakuan kimia seperti
direaksikan dengan asam dan basa atau perlakuan fisika seperti pemanasan dan
pencucian (Marshall dan Mitchell, 1996). Pada penelitian ini, biosorben dimodifikasi
dengan menggunakan asam, kemudian dilanjutkan dengan impregnasi basa.
Modifikasi asam merupakan cara paling umum yang digunakan untuk
mengaktivasi biosorben sehingga kapasitas penjerapannya jauh lebih besar dibanding
arang aktif (David, 2000). Menurut Gufta (1998), modifikasi biosorben dengan asam
paling umum dilakukan dan terbukti sangat efektif dalam meningkatkan kapasitas
adsorpsi dari biosorben. Asam yang digunakan pada percobaan ini adalah asam
nitrat, sedangkan basa yang digunakan pada proses impregnasi adalah natrium
hidroksida (NaOH).
Impregnasi adalah suatu proses penjenuhan sampai ke bagian dalam adsorben
dengan gas atau cairan yang akan membentuk pori-pori atau rongga. Impregnan
NaOH pada permukaan biosorben membuat unsur karbon (C) bereaksi dengan
oksigen menjadi gas CO2 pada saat proses impregnasi. Hilangnya unsur karbon
tersebut meninggalkan ruang kosong sehingga mampu membentuk rongga yang
makin lama makin mendalam. Dengan fenomena ini, maka pori-pori terbentuk di
permukaan biosorben (Setiadi dan Edi, 1999). Rongga atau pori ini akan menjerap
zat warna biru metilena. Impregnasi dengan NaOH mampu mempercepat kinetika
reaksi penjerapan zat warna dan logam oleh adsorben (Wu dan Paul, 1998).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
7. Adsorpsi
Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air
limbah adalah adsorpsi (Rios et al., 1999). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat
(molekul atau ion) pada permukaan adsorben. Mekanisme penjerapan tersebut dapat
dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara kimia
(kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah
gaya-gaya van der Waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada
adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol (Castellan, 1982). Sedangkan pada proses
adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia.
Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat
mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan
hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika.
Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan
kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang
memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat (Atkins, 1999).
Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari
adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan
komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan
adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar
akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar.
Kekuatan interaksi juga dipengaruhi oleh sifat keras-lemahnya dari adsorbat
maupun adsorben. Sifat keras untuk kation dihubungkan dengan istilah polarizing
power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
ikatan. Kation yang mempunyai polarizing power cation besar cenderung bersifat
keras. Sifat polarizing power cation yang besar dimiliki oleh ion-ion logam dengan
ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. sebaliknya sifat polarizing power
cation yang rendah dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran besar namun
muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan ion lemah.
Pengertian keras untuk anion dihubungkan dengan istilah polarisabilitas
anion yaitu, kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi akibat medan listrik
dari kation. Anion bersifat keras adalah anion berukuran kecil, muatan besar dan
elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lemah dimiliki oleh anion dengan ukuran
besar, muatan kecil dan elektronegatifitas yang rendah. Ion logam keras berikatan
kuat dengan anion keras dan ion logam lemah berikatan kuat dengan anion lemah
(Atkins, 1999).
Pearson (1963) mengklasifikasikan asam-basa Lewis menurut sifat keras dan
lemahnya. Menurut Pearson, situs aktif pada permukaan padatan dapat dianggap
sebagai ligan yang dapat mengikat logam secara selektif. Logam dan ligan
dikelompokkan menurut sifat keras dan lemahnya berdasarkan pada polarisabilitas
unsur. Pearson (1963) mengemukakan suatu prinsip yang disebut Hard and Soft Acid
Base (HSAB). Ligan-ligan dengan atom yang sangat elektronegatif dan berukuran
kecil merupakan basa keras, sedangkan ligan-ligan dengan atom yang elektron
terluarnya mudah terpolarisasi akibat pengaruh ion dari luar merupakan basa lemah.
Sedangkan ion-ion logam yang berukuran kecil namun bermuatan positip besar,
elektron terluarnya tidak mudah dipengaruhi oleh ion dari luar, ini dikelompokkan ke
dalam asam keras, sedangkan ion-ion logam yang berukuran besar dan bermuatan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
kecil atau nol, elektron terluarnya mudah dipengaruhi oleh ion lain, dikelompokkan
ke dalam asam lemah.
Menurut prinsip HSAB, asam keras akan berinteraksi dengan basa keras
untuk membentuk kompleks, begitu juga asam lemah dengan basa lemah. Interaksi
asam keras dengan basa keras merupakan interaksi ionik, sedangkan interaksi asam
lemah dengan basa lemah, interaksinya lebih bersifat kovalen.
Porositas adsorben juga mempengaruhi daya adsorpsi dari suatu adsorben.
Adsorben dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menjerap yang lebih
tinggi dibandingkan dengan adsorben yang memilki porositas kecil. Untuk
meningkatkan porositas dapat dilakukan dengan mengaktivasi secara fisika seperti
mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorben, atau mengaktivasi secara
kimia. Salah satu cara mengaktivasi adsorben secara kimia adalah aktivasi selulosa
melalui penggantian gugus aktif OH- pada selulosa dengan gugus HSO3
- melalui
proses sulfonasi. Selulosa yang teraktivasi dengan cara sulfonasi memberikan daya
adsorpsi yang meningkat dua kali lipat dibandingkan daya adsorpsi selulosa yang
tidak diaktivasi (Setiawan et al., 2004)
Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben merupakan proses
berkesetimbangan, sebab laju peristiwa adsorpsi disertai dengan terjadinya desorpsi.
Pada awal reaksi, peristiwa adsorpsi lebih dominan dibandingkan dengan peristiwa
desorpsi, sehingga adsorpsi berlangsung cepat. Pada waktu tertentu peristiwa
adsorpsi cendung berlangsung lambat, dan sebaliknya laju desorpsi cendrung
meningkat. Waktu ketika laju adsorpsi adalah sama dengan laju desorpsi sering
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
disebut sebagai keadaan berkesetimbangan. Pada keadaan berkesetimbangan tidak
teramati perubahan secara makroskopis. Waktu tercapainya keadaan setimbang pada
proses adsorpsi adalah berbeda-beda, Hal ini dipengaruhi oleh jenis interaksi yang
terjadi antara adsorben dengan adsorbat. Secara umum waktu tercapainya
kesetimbangan adsorpsi melalui mekanisme fisika (fisisorpsi) lebih cepat
dibandingkan dengan melalui mekanisme kimia atau kemisorpsi (Castellans, 1982).
8. Spektrofotometer Serapan Atom
Prinsip dasar pengukuran dengan SSA adalah penyerapan energi (sumber
cahaya) oleh atom-atom dalam keadaan dasar menjadi atom-atom dalam keadaan
tereksitasi. Pembentukan atom-atom dalam keadaan dasar atau proses atomisasi pada
umumnya dilakukan dalam nyala. Cuplikan sampel yang mengandung logam M
sebagai ion M+ dalam bentuk larutan garam M+
dan A- akan melalui serangkaian
proses dalam nyala, sebelum akhirnya menjadi atom logam dalam keadaan dasar M0.
Atom-atom dalam keadaan dasar (M0) akan menyerap energi sumber energi berupa
lampu katode berongga, yang mana jumlah energi yang diserap adalah sebanding
dengan populasi atau konsentrasi atom-atom dalam sampel (Welz, 1985). Penentuan
konsentrasi unsur logam dalam sampel dapat dilakukan dengan bantuan kurva
kalibrasi yang merupakan aluran antara absorbansi terhadap konsentrasi larutan
standar. Hal ini sesuai dengan Hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa jumlah
energi yang diserap (absorbansi) adalah sebanding dengan konsentrasi (C) (Khopkar,
2003).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
B. Penelitian Terkait
Penelitian mengenai zeolit alam dan limbah kayu aren sebagai alternatif
sebagai adsorben untuk menurunkan logam Cr(VI) terkait dengan beberapa
penelitian sebelumnya. Penelitian tersebut turut mendasari dan menjadi referensi
bagi pelaksanaan penelitian. Penelitian ini memiliki nilai-nilai yang terbarukan
apabila dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Maknanya bahwa terdapat hal-
hal baru dan belum diangkat pada penelitian sebelumnya.
Beberapa penelitian yang terkait penggunaan zeolit alam untuk menurunkan
logam Cr dan beberapa logam antara lain :
1. Susetyaningsih et al. (2009) melakukan penelitian bahwa kemampuan zeolit
alam untuk ukuran (-80+100) mesh memiliki kondisi yang paling baik dan telah
diaktivasi dengan pemanasan 150 oC selama 60 menit dapat mereduksi kadar
logam Cr dalam limbah B3 cair industri penyamakan kulit yaitu sebesar 92,60 %.
2. (Mutngimaturrohmah et al., 2009) melakukan penelitian bahwa pemanfaatan
zeolit teraktivasi dengan dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M dapat digunakan
untuk adsorpsi fenol 100 ppm teradsorpsi sebesar 65,89 ppm.
3. Rahman dan Hartono (2004) melakukan penelitian tentang penyaringan air tanah
dengan zeolit alami untuk menurunkan kadar besi dan mangan. Kolom adsorpsi
terbuat dari kolom gelas ber-stopcock berdiameter 4 cm panjang 50 cm.
4. Campos (2009) melakukan penelitian dari zeolit alam dari Sao Paulo, Brasil
yang telah diaktivasi dengan cara pemanasan dapat menurunkan kadar logam
Cr(VI).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Beberapa penelitian yang terkait penggunaan selulosa untuk menurunkan
logam Cr antara lain:
1. Rao et al. (2007) melakukan penelitian tentang pemanfaatan daun Azadirachta
indica yang diaktivasi dengan H2SO4 dan NaOH dapat menurunkan logam
Cr(VI) sebesar 94 – 97 %.
2. Fahrizal (2008) melakukan penelitian tentang pemanfaatan tongkol jagung
dengan ukuran 100 mesh tanpa diaktivasi dan diaktivasi dengan HNO3 disertai
NaOH sebagai adsorben zat warna biru metilena menunjukkan bahwa dengan
aktivasi lebih efektif daripada tanpa aktivasi
3. Abbas et al. (2010) melakukan penelitian tentang pemanfaatan tongkol jagung
(Zea maize), ampas tebu (Saccharum officinarum) dan sekam padi (Oryza
sativa) sebagai limbah pertanian dapat menurunkan logam Cr(VI) berturut-turut
sebesar 98,7 ; 98,64 ; dan 100 % yang berbentuk serbuk dengan ukuran 200
mesh diaktivasi dengan pemanasan 105 oC selama 3 menit.
4. Sudiharta dan Yulihastuti (2010) melakukan penelitian tentang pemanfaatan
serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) dapat sebagai adsorpsi ion logam
Cr(VI) dengan jenis interaksi yang terjadi adalah ikatan hidrogen, ikatan Van der
Waals, pertukaran kation, dan ikatan kompleks. Kapasitas biosorpsi serat sabut
kelapa hijau (Cocos nucifera) terhadap ion logam Cr(VI) yaitu 12,6152 mg/g.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
C. Kerangka Pemikiran
Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius
dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi
organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia.Senyawa logam
berat yang bersifat toksis yang terdapat pada buangan industri batik, salah satunya
adalah krom (Cr). Sumber logam berat krom total (Cr) dapat berasal dari zat
pewarna (CrCl3, K2Cr2O7). Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no.
10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar
0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm.
Pemanfaatan zeolit alam dan limbah kayu aren yang teraktivasi merupakan
salah satu upaya pengolahan air limbah secara kimia. Salah satu metode yang
digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi. Adsorpsi
merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben.
Komposisi dan struktur zeolit alam kebanyakan terdiri dari mineral mordernit
dan klinoptillit. Zeolit alam Wonosari dengan menggunakan difraksi sinar x
diketahui bahwa sebagian besar penyusunnya adalah zeolit dengan jenis mordernit
Na8[Al8Si40O96].24H2O. Zeolit alam sebagai material awal dipanaskan dan diaktivasi
secara kimia dengan perlakuan asam klorida (HCl). Dealuminasi zeolit alam
menggunakan konsentrasi HCl 1 M yang merupakan konsentrasi untuk dealuminasi
zeolit alam (Swantomo et al., 2009). Pada dealuminasi, ion H+ yang dihasilkan dari
reaksi penguraian HCl dalam medium air akan mengurai ikatan atom Al yang berada
pada framework zeolit. Ion H+ ini akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Si dan Al. Ion H+ akan cenderung menyebabkan terjadinya pemutusan ikatan Al-O
dan akan terbentuk gugus silanol. Dengan demikian gugus hidroksi OH- yang
nantinya akan berikatan dengan ion logam Cr secara kovalen.
Limbah kayu aren mengandung bahan organik berupa pati atau serat selulosa
baik terlarut maupun partikel tersuspensi. Selulosa merupakan senyawa organik yang
terdapat pada dinding sel bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur
tumbuhan. Selulosa pada kayu umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas
hampir mencapai 98%. Selulosa terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat
dengan ikatan 1-4β-glukosida.
Limbah kayu aren sebagai material awal dipanaskan dan diaktivasi
menggunakan asam dan basa. Asam yang digunakan adalah asam nitrat yang
berfungsi mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa. Asam nitrat telah digunakan
untuk memodifikasi karbon aktif dan menunjukkan hasil adsorpsi yang lebih baik
dibanding karbon aktif tak termodifikasi (Wu dan Paul, 1998). Kemudian diikuti
dengan impregnasi basa untuk mengaktifkan biosorben sampai ke dalam pori dan
bukan hanya terbatas pada permukaan. Menurut Alamsyah (2007) asam nitrat dapat
mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa sehingga dapat mengikat logam berat.
Dengan demikian gugus hidroksi (OH-) yang nantinya akan berikatan dengan ion
logam Cr secara kovalen.
Pengolahan limbah cair batik untuk menurunkan kadar logam Cr(VI)
dilakukan dengan adsorpsi sistem kolom di mana terlebih dahulu digunakan larutan
standard larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi tertentu sehingga dapat diketahui
bersarnya adsorpsi yang terjadi. Aplikasi pada limbah cair batik dapat dilakukan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
setelah aplikasi larutan standard K2Cr2O7 dengan konsentrasi tertentu. Parameter
yang diukur adalah kadar Cr(VI) menggunakan spektrofotometer serapan atom
(SSA).
Untuk lebih jelasnya mengenai diagram kerangka pemikiran dapat dilihat
pada gambar berikut:
Gambar 9. Diagram Alir Kerangka Pemikiran Penelitian
Adsorpsi
Zeolit Alam Limbah Kayu Aren
Aktivasi Fisika dan Kimia
Aplikasi Larutan Standard K2Cr2O7
Aplikasi Limbah Cair Batik
Hasil Uji Lab. Sampel Limbah Parameter Cr(VI)
Peraturan Daerah Provinsi Jawa
Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah
Limbah Cair Batik
Analisa SSA
Analisa SSA
Tidak Melebihi
Baku Mutu
Melebihi Baku Mutu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 38
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
1. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di daerah industri batik rumah tangga Jalan Mayor
Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten
Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang
selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur. Sampel limbah cair batik dianalisis di Sub
Laboratorium Kimia Pusat, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
2. Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Agustus – Desember 2011, meliputi
n. Spektrometer Serapan Atom (SSA) merk Perkin Elmer
o. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom
2. Bahan :
a. Zeolit alam Wonosari, kabupaten Gunung Kidul, provinsi Daerah Istimewa
Yogyakarta (DIY).
b. Limbah kayu aren dari industri bihun dusun Bendo, desa Daleman, kecamatan
Tulung, kabupaten Klaten, provinsi Jawa Tengah.
c. Limbah cair batik dari industri batik rumah tangga Jalan Mayor Kusmanto dusun
Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten Karanganyar,
provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang selatan dan
110° 56' 58.69" bujur timur.
d. Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah, meliputi: HCl 6 M,
NH4NO3 2 M, AgCl, H2NO3 0.6 M, NaOH 0.1 M, larutan K2Cr2O7 dan akuades.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
C. Prosedur Penelitian
1. Survei Pendahuluan
a. Populasi
Populasi dalam penelitian ini adalah limbah cair batik.
b. Sampel
Sampel yang digunakan adalah limbah cair batik industri rumah tangga di Jalan
Mayor Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu,
kabupaten Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35'
12.02" lintang selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur.
c. Variabel
1) Variabel bebas yang dipelajari adalah perbedaan panjang unggun adsorben.
2) Varibel terikat dalam penelitian ini adalah kualitas air limbah dengan
parameter yang diukur adalah kadar Cr(VI)
3) Varibel kontrol dalam penelitian ini adalah panjang unggun (panjang kolom
yang diisi dengan matrik isian zeolit alam, limbah kayu aren dan kombinasi
keduanya) 20 cm Sebanyak 150 mL sampel limbah cair dan 150 mL larutan
standard larutan K2Cr2O7 konsentrasi 80 ppm.
2. Persiapan Awal
a. Sampel Zeolit Alam Wonosari
Zeolit alam yang digunakan adalah zeolit alam yang berasal dari Wonosari,
kabupaten Gunung Kidul, provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY). Zeolit
dalam bentuk kerikil dicuci dengan akuades, dikeringkan dan ditumbuk. Hasil
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
penumbukan disaring menggunakan penyaring Tyler sehingga diperoleh zeolit
dengan ukuran butir (-80+100) mesh kemudian dimasukkan ke dalam cawan
porcelin, dipanaskan dalam tungku pada 150 oC selama 60 menit, didiamkan
dalam tungku sampai suhu kamar dan ditampung dalam wadah tertutup rapat.
(Susetyaningsih, et.al., 2009). Material ini digunakan sebagai bahan awal untuk
membuat adsorben.
b. Sampel Limbah Kayu Aren
Limbah kayu aren yang diperoleh dari industri kayu aren di Klaten, Jawa Tengah.
Limbah dibersihkan dan dicuci dengan akuades. Di ayak dengan ukuran 40 mesh
(Sukartana, 2008) dan dipanaskan pada 105 oC selama 3 menit (Abbas, et.al.,
2010). Material ini digunakan sebagai bahan awal untuk membuat adsorben.
c. Sampel Limbah Cair Batik
Sampel yang digunakan adalah limbah cair batik di suatu industri batik di
kabupaten Karanganyar. Limbah ditampung selama sehari di tempat bak
penampungan kemudian baru dibuang ke saluran pembuangan. Pengambilan
sampel dilakukan pada saluran sebelum masuk ke perairan penerima air limbah,
dengan cara sesaat (grab sampling). (SNI 6989.59:2008). Pengukuran kadar
Cr(VI) menggunakan metode Spektrometer Serapan Atom.
3. Aktivasi Adsorben Zeolit Alam
Sebanyak 1000 g zeolit alam direndam dalam 2 L HCl 6M selama 4 jam
(Ernawati, 2003). Campuran selanjutnya disaring dan dicuci dengan akuades
hingga filtrat menunjukkan pH netral. Pencucian dihentikan apabila sudah tidak
terdapat endapan pada filtrat ketika ditambah dengan Ag+. Setelah kering, zeolit
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
kemudian direndam kembali dalam 2 L NH4NO3 2M selama 4 jam (Ernawati,
2003). Campuran disaring dan dicuci dengan akuades hingga filtrat menunjukkan
pH netral. Filtrat kemudian dicek dengan NaOH 2 M untuk mengendapkan
Al(OH)3. Residu kemudian dikeringkan dalam oven 300 oC selama 4 jam. Zeolit
ini telah aktif dan siap digunakan sebagai pengadsorpsi (ZA).
4. Aktivasi Adsorben Limbah Kayu Aren
Sebanyak 100 g biosorben dimasukkan ke dalam gelas piala 1 L lalu
ditambahkan 1 L HNO3 0.6 M. Campuran direndam selama 30 menit, kemudian
disaring. Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 24 jam,
kemudian suhu dinaikkan menjadi 105oC lalu didinginkan. Setelah itu, direndam
dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan dikeringkan
pada suhu 50oC selama 24 jam (Marshall dan Mitchell 1996). Kemudian sampel
ditambahkan 1 L NaOH 0.1 M. Campuran direndam selama 20 menit sambil
dipanaskan pada suhu 80oC kemudian disaring dan airnya dibuang. Setelah itu,
dicuci dengan menggunakan air deionisasi untuk menghilangkan kelebihan basa.
Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 24 jam (Marshall dan
Mitchell 1996). Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben limbah
kayu aren (LKA).
5. Persiapan Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom
Ke dalam kolom adsorpsi dimasukkan adsorben dan ditekan pelan-pelan
menjadikan adsorben sedikit padat sampai panjang unggun 20 cm. Variasi
adsorben; (a) ZA panjang unggun 20 cm, (b) LKA panjang unggun 20 cm dan (c)
Kombinasi ZA-LKA masing-masing panjang unggun 10 cm (Gambar 11).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
(a) (b) (c)
Gambar 11. Komposisi Matrik Isian. (a) ZA, (b) LKA dan (c) ZA-LKA.
Keterangan: ZA (zeolit alam dengan panjang unggun 20 cm), LKA (limbah kayu aren dengan panjang unggun 20 cm) dan ZA-LKA (zeolit alam panjang unggun 10 cm dan limbah kayu aren panjang unggun 10 cm)
6. Aplikasi Adsorben pada Larutan Standard
Ke dalam kolom adsorpsi (ZA, LKA dan ZA-LKA) dimasukkan masing-masing
150 mL larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi 80 ppm. Hasil elusi pertama
disaring dan filtrat dianalisis kadar Cr (VI) dengan menggunakan spektrofotometer
serapan atom (SSA).
7. Aplikasi Adsorben pada Limbah Cair Batik
Ke dalam kolom adsorpsi (ZA, LKA dan ZA-LKA) dimasukkan masing-masing
150 mL limbah cair batik. Hasil elusi pertama disaring dan filtrat dianalisis kadar
Cr(VI) dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA)..
10 cm
10 cm
20 cm 20 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
D. Teknik Analisis Data
Pembuatan larutan standard K2Cr2O7 untuk pembuatan kurva standard
sehingga diperoleh persamaan abs = mC + A , dimana Abs = absorbansi, m =
gradient, C = konsentrasi dan A = intersep.
Gambar 12. Kurva Standard dengan Persamaan abs = mC + A
Analisis parameter limbah cair batik yaitu besarnya kadar Cr(VI), ditentukan
sebelum dan sesudah perlakuan dengan adsorben zeolit (ZA), adsorben limbah kayu
aren (LKA) dan kombinasi adsorben zeolit-limbah kayu aren (ZA-LKA) pada sistem
kolom dengan menggunakan metode Spektrofotomer Serapan Atom (AAS).
Hasil dapat diperoleh efisiensi penyerapan logam Cr(VI) (efisiensi sorpsi).
Formula sederhana untuk menghitung nilai efiensi sorpsi adalah sebagai berikut :
%100xCo
CtCoEf −=
Keterangan : Ef : nilai efisiensi sorpsi Co : kadar logam Cr(VI) dalam limbah awal Ct : kadar logam Cr(VI) dalam efluen setelah proses sorpsi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 46
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Limbah Cair Batik
Hasil uji logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik diperoleh konsentrasi
logam Cr(VI) sebesar 14,68 ppm. Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa
Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada
golongan I sebesar 0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm. Konsentrasi logam
Cr(VI) pada sampel sebesar 14,68 ppm maka limbah tersebut sudah melebihi baku
mutu air limbah.
Wawancara pada tanggal 28 November 2011 dengan salah satu pekerja pada
industri tersebut, mengatakan bahwa mereka menggunakan larutan krom yang
berwarna jingga (baca K2Cr2O7) dalam proses pewarnaan (Gambar 13). Kegunaan
larutan K2Cr2O7 yaitu sebagai pewarna dan sebagai mordan atau beits untuk
menimbulkan warna krem dan jika ditambahkan CuSO4 menimbulkan coklat
(Susanto, 1974). Menurut Kusriniati et al. (2008) bahwa makin tinggi konsentrasi
mordan, ketahanan luntur warna terhadap pencucian makin baik, dan warna makin
tua.
Limbah tersebut sudah melebihi baku mutu air limbah pada peraturan di atas
maka diperlukan pengolahan limbah cair batik tersebut sebelum dibuang. Pada
kenyataanya, limbah dibuang begitu saja tanpa ada pengolahan lebih lanjut sehingga
menimbulkan bau yang tidak sedap dan menimbulkan pencemaran di lingkungan
sekitarnya mengandung logam Cr(VI) yang sangat berbahaya (Gambar 14).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
Gambar 13. Proses Pewarnaan pada Batik Keterangan: Penggunan larutan K2Cr2O7 diduga sebagai zat warna dan mordan. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011).
Gambar 14. Pencemaran Limbah Cair Batik Keterangan: Limbah cair batik yang mencemari pekarangan rumah di sekitarnya. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)
Larutan K2Cr2O7
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
Zat warna dan mordan yang digunakan adalah bahan kimia buatan sehingga
perlunya pergantian zat warna dan mordan alam. Zat warna dan mordan alam
mempunyai kelebihan yaitu lebih murah, mudah diperoleh, dan ramah lingkungan.
Salah satu di antaranya adalah kulit akar pohon mengkudu (Morinda Citrifolia)
(Hamid dan Muhlis, 2005), daun tembakau (Nicotiana tabacum) (Kusumawati dan
Kusumastuti, 2008) dan daun sengon (Albizia falcataria) (Kusriniati et al.,2008)
sebagai pewarna kain sutera.
B. Aktivasi Adsorben
1. Aktivasi Zeolit Alam (ZA)
Sifat fisis dari zeolit alam yang digunakan dalam penelitian ini ialah
berbentuk batuan kecil dan berwarna putih kehijau-hijauan. Pemanasan zeolit pada
ukuran (-80+100) mesh telah dilakukan dalam tungku pada suhu 150 oC selama 60
menit (Gambar 15).
Gambar 15. Hasil Pemanasan Zeolit Wonosari Ayakan (-80+100) mesh pada suhu 150 oC. (Foto: Dian Kresnadipayana, Oktober 2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49
Menurut Susetyaningsih et al. (2009) bahwa aktivasi fisika dengan
pemanasan 150 oC selama 60 menit merupakan kondisi terbaik dalam kemampuan
adsorpsi sebesar 92,60 % (tanpa aktivasi HCl). Aktivator zeolit alam yang digunakan
adalah HCl 6 M dengan perendaman selama 4 jam (Gambar 16). Menurut
Mutngimaturrohmah et al., (2009) bahwa konsentrasi HCl 6 M merupakan
konsentrasi maksimum untuk proses penguraian Al-O (dealuminasi) sehingga gugus
hidroksi pada Si-O dapat aktif untuk menjerap suatu ion logam Cr(VI).
Gambar 16. Perendaman Zeolit 500 gr dengan 1 L HCl 6 M (1:2) selama 4 jam (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)
Gambar 17 menunjukkan bahwa setelah perendaman, HCl yang semula
berwarna bening setelah dipakai perendaman berwarna hijau kekuning-kuningan.
Perubahan warna ini menjelaskan bahwa HCl berfungsi untuk menghilangkan
pengotor-pengotor yang mungkin berupa kation-kation yang terdapat dalam zeolit
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
50
tersebut. Kation-kation tersebut berupa logam Na, K, Ca dan Fe yang terdapat dalam
zeolit alam Wonosari. HCl dapat juga untuk menguraikan ikatan Al-O pada
framework zeolit sehingga gugus hidroksi menjadi aktif.
(a) (b)
Gambar 17. (a) Perendaman Zeolit setelah 4 jam. (b) Perbandingan HCl 6 M
(kanan) dengan HCl setelah Perendaman Zeolit (kiri) (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)
Gambar 18. Pencucian Zeolit dengan Akuades dan Penyaringan setelah perendaman NH4NO3 2 M selama 4 jam (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51
Pencucian zeolit dengan akuades secara berulang-ulang dilakukan untuk
menghilangkan asam HCl yang tersisa sampai filtrat (hasil pencucian) menunjukkan
pada pH netral (Gambar 18). Hasil pencucian zeolit dibakar dalam furnace pada suhu
300°C selama 2 jam untuk menghilangkan air sisa pencucian. Menurut Swantomo et
al. (2009) bahwa pembakaran pada suhu tersebut merupakan pembakaran maksimum
untuk suatu zeolit. Jika pemanasan melebihi suhu 300°C maka struktur kimia zeolit
akan rusak.
Dealuminasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl yang merupakan
konsentrasi untuk dealuminasi zeolit alam (Swantomo et al., 2009). Pada
dealuminasi, ion H+ yang dihasilkan dari reaksi penguraian HCl dalam medium air
akan mengurai ikatan atom Al yang berada pada framework zeolit (Gambar 19). Ion
H+ ini akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada Si dan Al. Berdasarkan
harga energi dissosiasi ikatan Al-O (116 kkal/mol) jauh lebih rendah dibandingkan
enrgi disosiasi ikatan Si-O (190 kkal/mol), maka ikatan Al-O jauh lebih mudah
terurai dibandingkan Si-O. Sehingga ion H+ akan cenderung menyebabkan terjadinya
pemutusan ikatan Al-O dan akan terbentuk gugus silanol. Ion Cl- hasil penguraian
ion HCl juga akan mempengaruhi kekuatan ikatan Al-O dan Si-O. Ion Cl- memiliki
elektronegativitas yang tinggi (3,16) dan berukuran kecil (r = 0,97A0), sehingga
menyebabkan ion ini mudah berikatan dengan kation bervalensi besar seperti Si4+
dan Al3+. Tetapi ion Cl- akan cenderung berikatan dengan atom Al dikarenakan harga
elektronegativitas atom Al lebih kecil (1,61) dibanding elektronegativitas atom Si
(1,90).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52
Perendaman NH4NO3 dilakukan untuk membuka pori-pori zeolit pada Al-O
sehingga terbentuk gugus hidroksi. Hal ini bertujuan untuk mengoptimalkan Si
(dalam bentuk Si(OH)4) yang akan dimasukkan untuk mengganti (replacement)
atom-atom Al pada framework zeolit.
Gambar 19. Mekanisme Reaksi Aktivasi Zeolit menggunakan HCl (Weitkamp, J. and Puppe, L., 1999)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53
2. Aktivasi Limbah Kayu Aren (LKA)
Limbah kayu aren yang diperoleh dari industri bihun dibuang begitu saja di
pinggir jalan menyebabkan pencemaran dan timbul gangguan bau karena limbah
kayu aren mengandung bahan organik berupa pati, selulosa, hemiseluosa dan lignin.
Menurut Firdayati dan Handajani (2005) bahwa kualitas air disekitar pembuangan
limbah memiliki nilai BOD dan COD yang tinggi (melebih baku mutu). Limbah
kayu aren yang masih mengandung pati, selulosa, hemiseluosa dan lignin dalam
keadaan lembab ditumbuhi beberapa jenis jamur (Gambar 20).
Gambar 20. Pencemaran Limbah Kayu Aren Keterangan: limbah yang dibuang begitu saja di pinggir jalan. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)
Aktivasi adsorben limbah kayu aren menggunakan HNO3 dan NaOH. Asam
nitrat (HNO3) berfungsi untuk mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa,
hemiseluosa dan lignin. Asam nitrat telah digunakan untuk memodifikasi karbon
aktif dan menunjukkan hasil adsorpsi yang lebih baik dibanding karbon aktif tak
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54
termodifikasi (Wu dan Paul, 1998). Pencucian dengan akuades panas berfungsi untuk
mempercepat hilangnya asam nitrat (HNO3) pada aktivasi asam dan NaOH pada
proses impregnasi basa (gambar 21).
Gambar 21. Impregnasi Basa NaOH Limbah Kayu Aren setelah perlakuan Asam
Nitrat (HNO3) (kiri) dan Pencucian dengan Akuades Panas setelah Impregnasi Basa (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011).
Impregnasi NaOH untuk mengaktifkan biosorben sampai ke dalam pori dan
bukan hanya terbatas pada permukaan. Impregnasi NaOH pada permukaan biosorben
membuat unsur karbon (C) bereaksi dengan oksigen menjadi gas CO2 pada saat
proses impregnasi. Hilangnya unsur karbon tersebut meninggalkan ruang kosong
sehingga mampu membentuk rongga yang makin lama makin mendalam. Peristiwa
ini mengakibatkan pori-pori terbentuk di permukaan dan di dalam pori-pori
biosorben (Gambar 22). Perlakuan fisik seperti penggilingan dan tekanan serta
penambahan aktivator asam dan basa mengakibatkan proses delignifikasi. Proses ini
merupakan perlakuan limbah kayu aren untuk mempermudah pelepasan
hemiselulosa. Proses delignifikasi masih menyisakan beberapa lignin karena lignin
bersifat tahan terhadap hidrolisa yang disebabkan oleh adanya ikatan alkil dan ikatan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55
eter. Lignin juga mempunyai gugus hidroksi yang dapat diaktifkan sehingga dapat
menjerap suatu ion logam Cr(VI).
Gambar 22. Mekanisme Reaksi Aktivasi Limbah Kayu Aren menggunakan HNO3 dan NaOH (Fahrizal, 2008).
C. Karakterisasi Adsorben
1. Karakterisasi Zeolit Alam
Zeolit alam yang digunakan untuk adsorben adalah zeolit yang berasal dari
Wonosari, kabupaten Gunung Kidul. Sifat fisis dari zeolit alam yang digunakan
dalam penelitian ini ialah berbentuk batuan kecil dan berwarna hijau muda.
Karakterisasi zeolit alam sebelum aktivasi dan sesudah aktivasi (dealumunisasi)
dilakukan menggunakan FTIR.
Secara spektroskopis, zeolit dapat diamati pada rentang daerah bilangan
gelombang 300-1300 cm-1. Pita pada 300-420 cm-1 merupakan daerah untuk pore
opening pada external linkage. Rentangan simetri O-Al-O atau O-Si-O pada internal
tetrahedral akan muncul pada 650-720 cm-1 sedang untuk external linkage akan
muncul pada 750-820 cm-1. Tekukan Si-O atau Al-O akan muncul pada daerah 420-
500 cm-1. Adsorban pada daerah 950-1250 cm-1 menunjukkan rentangan asimetri
(Wietkamp dan Puppe, 1999). Pada zeolit alam rentangan asimetri ditunjukkan pada
pita 1055,06 cm-1 dan pada zeolit alam aktivasi ditunjukkan pada pita 1058,92 cm-1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56
Terjadinya dealuminasi dapat diamati dari adanya pergeseran pada spektra vibrasi
internal dan external. Bila terjadi proses dealuminasi, maka akan ada pergeseran
spektra ke arah bilangan gelombang yang lebih tinggi pada vibrasi ulur internal zeolit
dan pergeseran pita ke arah bilangan gelombang yang lebih rendah pada vibrasi
eksternal. Hal ini seiring dengan menurunnya jumlah Al dalam struktur zeolit
(Flanigen dan Khatami, 1997) (Gambar 25). Hasil penelitian, bahwa terjadi
pergeseran pita pada daerah vibrasi internal zeolit alam yaitu dari 1055,06 cm-1
menjadi 1058,92 cm-1 pada zeolit alam terdealuminasi. Ini diperkuat dengan adanya
pergeseran pada vibrasi pore opening yaitu dari 353,8 cm-1 pada zeolit alam menjadi
332,5 cm-1 pada zeolit alam termodifikasi. Spektra FTIR pada zeolit alam dan zeolit
dealuminasi membuktikan telah terjadi proses dealuminasi (Gambar 23) (Tabel 4).
Gambar 23. Spektra FTIR (a) Zeolit Alam dan (b) Zeolit Teraktivasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
57
Tabel 4. Spektra Inframerah dari Zeolit Alam
Jenis Vibrasi
Bilangan Gelombang (cm-1) Zeolit Alam
(a)
Zeolit Alam teraktivasi
(b) Referensi
Vibrasi ulur O-H
3435,22 3435,22 3442,7 dan 3448,5 (Heraldy et al., 2003)
Tekuk O-H 1631,78 1629,85 (Saikia et al., 2010)
Vibrasi ulur TO4 1055,06 1058,92 1080 (Li and Wu, 2003)
Vibrasi tekuk T-O pada jalinan eksternal (kerangka zeolit) atau Si-O quartz
798,53 798,53 780 dan 800 (Li and Wu, 2003) 794,6 (Heraldy et al., 2003) 797 (Saikia et al., 2010)
Tekukan Si-O atau Al-O
464,84 466,77 470 (framework modernit) (Li and Wu, 2003) 447,2 dan 470,6 (Heraldy et al., 2003)
Vibrasi T-O pore opening
353,8 332,5 350 – 330 (Li and Wu, 2003)
Keterangan: T = Si atau Al
Hasil analisa fourier tramsform infrared spectroscopic (FTIR) diperkuat
dengan analisa XRD dari referensi. Mutngimaturrohmah et al. (2009) telah
melakukan dealumunisasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl 6M dan
NH4NO3 2 M. Pada difraktogram tampak bahwa pada intensitas yang sama (100)
telah terjadi pergeseran, yaitu pada zeolit alam adalah 3,33269 sedangkan pada zeolit
terdealuminasi adalah 3,34869. Pergeseran difraktogram ini merupakan pendekatan
dalam memprediksi telah terjadi dealuminasi pada zeolit (Gambar 24 dan 25).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
58
Gambar 24. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam
(Mutngimaturrohmah et al., 2009).
Gambar 25. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam Dealumunasi
(Mutngimaturrohmah et al., 2009)
2. Karakterisasi Limbah Kayu Aren
Limbah kayu aren merupakan limbah padat sisa dari pencucian parutan kayu
aren (ampas terakhir). Limbah kayu aren yang tidak ditangani dengan baik,
berpotensi menimbulkan masalah bagi komunitas sekitarnya. Limbah kayu aren yang
komponen dasarnya materi organik akan terdekomposisi secara alamiah di
lingkungan. Namun dalam prosesnya sering sekali timbul gangguan bau dan estetika
dari timbunan limbah kayu aren ini. Limbah kayu aren yang masih mengandung pati
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
59
dan dalam keadaan lembab, diketahui kadang ditumbuhi beberapa jenis jamur,
sehingga dalam tiga tahun terakhir, limbah tersebut diambil oleh sebuah perusahaan
jamur. Ini cukup mengurangi namun belum mampu menyerap limbah kayu aren yang
ada.
Hasil analisis karakteristik air sumur yang digunakan untuk proses produksi
diperoleh bahwa air tersebut diukur parameter Fe (besi) dan Cr(VI). Hasil
menunjukkan adanya Fe(II) dalam air sebesar 14,26 ppm dan Cr(VI) sebesar 0,002
ppm. Kandungan Fe(II) dalam air untuk produksi telah melebihi baku mutu air
sebesar 5 ppm berdasarkan Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang
Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Dari hasil penelitian
yang lain mengandung beberapa parameter yang melebihi baku mutu, yakni: Fe,
Amoniak (NH3-N), minyak dan lemak, BOD serta COD (Firdayati dan Handajani,
2005) (Tabel 5).
Mengingat sampel air tersebut diambil dari tempat penampungan air yang ada
pada industri tersebut diperkirakan keberadaan amoniak, minyak dan lemak, materi
organik berasal dari kontaminasi air baku dengan bahan baku proses produksi
(serbuk aren). Sumber air baku untuk produksi kemungkinan berasal dari sumur
terbuka. Tingginya kandungan besi (Fe) dalam air sumur dapat mempengaruhi proses
produksi karena ion besi Fe(II) yang terlarut dalam air apabila kontak dengan
oksigen yang terdapat di udara akan membentuk presipitat Fe(III) yang berwarna
kuning kemerahan. Kehadiran presipitat besi berpotensi memberikan warna merah
pada endapan pati aren sehingga menyebabkan peningkatan kebutuhan air untuk
mencuci endapan pati. (Firdayati dan Handajani, 2005).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
60
Tabel 5. Karakteristik Air Sumur dan Baku Mutu KEP-51/MENLH/10/1995, untuk Golongan B (Firdayati dan Handajani, 2005).
Pada aktivasi dengan NaOH disertai dengan pemanasan (impregnasi basa)
terlihat bahwa filtrat hasil penyaringan menunjukkan warna coklat kemerah-merahan.
Warna tersebut kemungkinan berasal dari Fe(II) yang terlarut dalam air apabila
kontak dengan oksigen yang terdapat di udara akan membentuk presipitat Fe(III)
yang berwarna coklat kemerah-merahan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
61
Salah satu kelemahan adsorben LKA yaitu adsorben tersebut ketika sudah
lama tidak digunakan mudah ditumbuhi beberapa jenis jamur karena masih adanya
kandungan organik pada adsorben LKA. Menurut Firdayati dan Handajani (2005)
bahwa hasil analisis limbah kayu aren mengadung C-Organik sebesar 69,94 % BK.
Jamur dapat tumbuh karena kondisi yang lembab dan adanya materi organik sebagai
nutrisi jamur.
D. Aplikasi Adsorben
1. Larutan Standard K2Cr2O7
Larutan standard yang dipilih adalah K2Cr2O7, untuk mewakili larutan Cr(VI)
dan menguji keefektifan adsorben adsorpsi sebelum diaplikasikan ke limbah cair
batik. Limbah cair batik terkadang mempunyai zat pencemar logam Cr. Sumber
logam berat Krom Cr yang bersifat toksis, dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3,
K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu merupakan pengikat zat warna meliputi
Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009). Pada Gambar 26 menunjukkan bahwa semua
adsorben diperlakukan aplikasi pada masing-masing 150 mL Larutan K2Cr2O7 80
ppm. Gambar 26a menunjukkan adanya kombinasi adsorben yaitu zeolit alam (ZA)
berada di bawah limbah kayu aren (LKA) masing-masing dengan panjang unggun 10
cm sehingga total panjang unggun 20 cm. Gambar 26b menunjukkan limbah kayu
aren (LKA) dengan panjang unggun 20 cm dan Gambar 26c menunjukkan zeolit
alam (ZA) dengan panjang unggun 20 cm. Jadi adanya variasi banyaknya adsorben
pada kolom dengan panjang unggun tetap (20 cm).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
62
Larutan K2Cr2O7 80 ppm sebanyak 150 mL masing-masing dimasukkan
dalam sistem adsorpsi kolom. Adanya perbedaan kecepatan elusi dari tiap-tiap kolom
ZA, LKA dan ZA-LKA. Kolom LKA mempunyai kecepatan elusi yang paling besar
karena ruang pori-pori adsorbennya sangat besar sehingga larutan eluen segera
keluar dari output. Kolom ZA kecepatannya paling lambat dikarenakan zeolit alam
sangat lembut dan pori-porinya sangat rapat sehingga larutan eluen sangat lama
mencapai titik jenuh dan larutan eluen sangat lama keluar dari output. Kolom ZA-
LKA relatif lebih cepat jenuhnya dari pada kolom ZA, karena panjang unggun
zeolitnya hanya 10 cm.
(a) (b) (c) Gambar 26. Aplikasi Absorben pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm pada sistem
kolom. Keterangan: (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA). (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
63
Berdasarkan hasil elusi satu kali dengan larutan K2Cr2O7 80 ppm pada
masing-masing kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA menunjukkan bahwa
adsorpsi yang paling besar adalah ZA yaitu 99,96 %, kemudian diikuti ZA-LKA
yang adsorpsinya hampir sama dengan ZA yaitu 99,83 % dan yang paling kecil
adalah adsorpsi ZA-LKA yaitu 81,24 % (gambar 27) (tabel 6).
Tabel 6. Hasil Elusi Pertama pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL
Larutan K2Cr2O7 80 ppm.
Adsorben Awal (ppm) Akhir (ppm) Adsorpsi (%) ZA 80 0,031 99,96 LKA 80 15,010 81,24 ZA-LKA 80 0,138 99,83
Gambar 27. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm.
Pada tabel 7 dan Gambar 28 menunjukkan bahwa adsorpsi tidak begitu
berarti pada elusi ke-2 sampai elusi ke-16 karena Cr(VI) yang teradsorpsi matrik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
64
isian LKA pada proses elusi pertama ikut terbawa ke eluen pada elusi ke-2 sampai
ke-16 sehingga konsentrasi Cr(VI) terus meningkat dari elusi ke-2 (15,036 ppm)
sampai elusi ke-16 (15,719 ppm). Jadi, elusi pertama merupakan elusi maksimum
untuk aplikasi pada larutan standard K2Cr2O7 80 ppm.
Tabel 7. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm
Elusi ke-n Aborbansi [Cr(VI)] akhir (ppm) Absorpsi (%)
Gambar 28. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
65
Hasil elusi dari semua adsorben ZA, LKA dan ZA-LKA sangat efektif dalam
adsoprsi Cr(IV) yaitu di atas 80 %. Ini menunjukkan bahwa gugus-gugus hidroksi
pada masing adosrben dapat mengikat atom Cr(VI) pada senyawa K2Cr2O7. Pada
Gambar 29 menunjukkan adanya perubahan warna pada aplikasi adsorben pada
K2Cr2O7 80 ppm. Menurut Wu et al. (2010) bahwa zeolit alam dapat mengadsorpsi
warna merah (acid red) dan hitam (amido black). Zeolit alam juga dapat menurunkan
warna kuning pada kuning telur (Kermanshasi et al., 2010). Larutan K2Cr2O7 80 ppm
yang berwarna kuning setelah dimasukkan ke dalam kolom ZA dan ZA-LKA
berubah warna menjadi bening sedangkan kolom LKA berubah menjadi kuning
muda.
Gambar 29. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Larutan K2Cr2O7 80 ppm. Keterangan. (a) larutan K2Cr2O7 80 ppm, (b) eluen pada ZA (c) eluen pada LKA dan (d) eluen pada ZA-LKA (Foto: Dian Kresnadipayana, Januari 2012).
Suatu limbah hasil pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan
lignin juga dapat menurunkan beberapa warna. Tongkol jagung yang telah diaktivasi
digunakan untuk biosorben zat warna biru metilena (Fahrizal, 2008) dan kulit kacang
a b c d
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
66
yang telah diaktivasi digunakan untuk adsorpsi zat warna reaktif cibracon red
(Susanti, 2008). Hal ini menunjukkan bahwa semua adsorben zeolit alam dan limbah
kayu aren yang telah teraktivasi pada kolom dapat digunakan untuk aplikasi adsorpsi
zat warna pada larutan standard K2Cr2O7.
2. Limbah Cair Batik
Pengolahan limbah cair batik untuk menurunkan logam Cr(VI) dilakukan
adsorpsi pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA dengan sistem kolom (Gambar
30). Semua adosrben diaplikasikan ke larutan standard K2Cr2O7 80 ppm sebanyak
150 mL sebelum diaplikasikan ke limbah cair batik yang menghasilkan kemampuan
adsorpsi yang efektif.
(a) (b) (c) Gambar 30. Aplikasi Absorben pada 150 mL sampel Limbah Cair Batik dengan
kadar Cr (VI) 14,68 ppm.pada sistem kolom. Keterangan: (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA) (Foto: Dian Kresnadipayana, Desember 2011).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
67
Berdasarkan hasil elusi satu kali dengan sampel limbah cair batik dengan
kadar Cr(VI) 14,68 ppm pada masing-masing kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-
LKA menunjukkan bahwa adosrpsi yang paling besar adalah ZA yaitu 99,97 %
dengan kadar akhir 0,005 ppm, kemudian diikuti ZA-LKA yang adsorpsinya hampir
sama dengan ZA yaitu 99,39 % dengan kadar akhir 0,236 ppm dan yang paling kecil
adalah adsorpsi LKA yaitu 98,39 % dengan kadar akhir 0,236 (Gambar 31) (tabel 8).
Tabel 8. Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Limbah Cair Batik
dengan kadar Cr (VI) sebesar 14,68 ppm.
Adsorben Awal (ppm) Akhir (ppm) Adsorpsi (%) ZA 14,68 0,005 99,97 LKA 14,68 0,236 98,39 ZA-LKA 14,68 0,062 99,58
Gambar 31. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Sampel Limbah Cair Batik dengan Kadar Logam Cr (VI) 14,68 ppm.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
68
Hasil elusi dari semua adsorben ZA, LKA dan ZA-LKA sangat efektif dalam
adsoprsi Cr (IV) yaitu di atas 90 %. Ini menunjukkan bahwa gugus-gugus hidroksi
pada masing adosrben dapat mengikat atom Cr(VI) pada sampel limbah cair batik
(Gambar 32 dan 33).
Si
OH
OH OSi
HO
HO
CrO
O
O-
OCr
O
O-O
CrO
O
-O
OCr
O
OO-
O
O
O
K+ K+
CrO
O
O-
OCr
O
O-O
kalium dichromate
2+Zeolit
-2K+
Gambar 32. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) sebagai Anion (Cr2O72-) dengan adsorben
zeolit alam (ZA).
OH
NO2
CrO
O
O-
OCr
O
O-O
OH
NO2
OH
NO2
Cr
OO
-OO
CrO
O
-O
Selulosa
SelulosaSelulosa2 +
Gambar 33. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) sebagai Anion (Cr2O7
2-) dengan adsorben limbah kayu aren (LKA). Keterangan: Selulosa dapat juga berupa suatu hemiselulosa atau lignin.
Zeolit alam Wonosari sebagian besar penyusunnya adalah mordernit
Na8[Al8Si40O96].24H2O (Budi, 2006). Sifat yang dimilki oleh zeolit jenis mordenit
adalah memiliki adsorpsi dan penyaring molekul yang tinggi sehingga pada hasil
elusi ZA mempunyai adsorpsi yang paling tinggi yaitu 99,97 % untuk panjang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
69
unggun 20 cm. Pada zeolit alam di dalam pori-porinya terdapat kation-kation atau
molekul air. Jika kation-kation atau molekul air tersebut dipanaskan pada suhu
tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong. Pori-pori kosong inilah
inilah yang dapat menjerap ion logam Cr(VI). Zeolit alam yang teraktivasi juga dapat
sebagai penukar kation. Ion H+ yang dapat bertukar dengan suatu kation Cr(VI) pada
limbah cair batik. Persamaan reaksi penukar kation dapat ditulis yaitu Zeolit–H+ +
Cr+6 → Zeolit–Cr+6 + H+. Penggunaan ZA mempunyai kelemahan yaitu waktu jenuh
atau keluarnya eluen yang sangat lama karena zeolit yang digunakan sangat lembut
untuk sistem kolom.
Limbah kayu aren mempunyai kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin
dengan potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus
OH– yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH–,
pada selulosa, hemiselulosa dan lignin menyebabkan terjadinya sifat polar pada
adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap
zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar di mana setelah aktivasi
gugus hidroksi pada selulosa menjadi aktif sehingga dapat menurunkan kadar Cr(VI).
Jenis interaksi yang terjadi pada adsorpsi ion logam Cr(VI) kemungkinan yang
terjadi adalah ikatan hidrogen, ikatan kovalen koordinasi, ikatan Van der Waals,
pertukaran kation, dan ikatan kompleks karenai ion logam Cr(VI) yang berupa kation
dan anion dapat berinteraksi dengan pasangan elektron bebas pada atom O dari
gugus hidroksi yang berasal dari selulosa, hemiselulosa dan lignin.
Mekanisme adsorpsi dari adsorben zeolit alam dan limbah kayu aren dapat
dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
70
kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh
adsorben adalah gaya-gaya van der Waals. Pada proses adsorpsi kimia, interaksi
adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi
diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke
permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan hidrogen.
Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam
adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia
(biasanya ikatan kovalen koordinasi), dan cenderung mencari tempat yang
memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Kation Cr(VI) mempunyai
peran sebagai penangkap 6 pasang elektron bebas pada atom O dari gugus hidroksi
pada –Si–OH karena kation Cr(VI) mempunyai orbital d yang kosong yang
berjumlah 6 pasang sehingga dapat terjadi ikatan kovalen koordinasi.
Pada Gambar 34 menunjukkan adanya perubahan warna pada aplikasi
adsorben pada limbah cair batik. Limbah cair batik yang berwarna coklat tua
kemerah-merahan setelah dimasukkan ke dalam kolom ZA dan ZA-LKA berubah
warna menjadi bening sedangkan kolom LKA berubah menjadi coklat agak
kemerah-merahan.
Menurut Halimoon dan Yin (2010) bahwa zeolit alam dapat mengadsorpsi
warna limbah cair tekstil dan menurunkan logam Cd, Pb, Cr, dan Cu. Suatu limbah
hasil pertanian yang mengandung selulosa juga dapat menurunkan beberapa warna.
Tongkol jagung (Fahrizal, 2008) dan kulit kacang (Susanti, 2008). yang telah
diaktivasi digunakan untuk adsorpsi zat warna pada limbah cair tekstil. Semua
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
71
adsorben (kecuali LKA) pada kolom adsorpsi yang telah teraktivasi pada kolom
dapat digunakan untuk aplikasi adsorpsi zat warna pada limbah cair batik yang
mengandung logam Cr(VI).
Gambar 34. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Limbah Cair Batik. Keterangan. (a) limbah cair batik, (b) eluen pada ZA (c) eluen pada LKA dan (d) eluen pada ZA-LKA (Foto: Dian Kresnadipayana, Januari 2012).
Perbandingan kemampuan adsorpsi semua adsorben pada aplikasi larutan
standard dengan aplikasi limbah cair batik menunjukkan konsistensi kemampuan
adsorpsi kecuali pada adsorben LKA. Pada adsorben LKA pada aplikasi larutan
standard menghasilkan kemampuan adsorpsi sebesar 81,24 % sedangkan pada
aplikasi limbah cair batik kemampuan adsorpsinya sebesar 98,39 %. Ada perbedaan
interval yang cukup besar disebabkan larutan standard yang digunakan mempunyai
konsentrasi ion logam Cr(VI) yang tinggi yaitu 80 ppm sedangkan pada limbah cair
batik sebesar 14,68 ppm. Perbedaan interval yang cukup besar konsentrasi Cr(VI)
antara larutan standard dengan limbah cair batik yang menyebabkan perbedaan pada
kemampuan adsorpsi. Semakin tinggi konsentrasi Cr(VI) maka adsorben LKA
a b c d
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
72
kemampuan adsorpsinya semakin kecil sehingga diperlukan aktivator yang lebih baik
untuk menghasilkan kemampuan adsorpsi LKA yang efektif.
Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004
tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar 0,1 ppm dan
golongan II sebesar 0,5 ppm (Lampiran). Kadar akhir Cr(VI) pada limbah cair batik
setelah pengolahan menunjukkan bahwa sampel limbah cair batik setelah perlakukan
memenuhi kriteria baku mutu air limbah pada golongan II untuk semua perlakuan
adsorben. Sampel limbah cair batik setelah perlakuan menggunakan adsorben LKA
tidak memenuhi baku mutu pada golongan I yaitu 0,236 ppm sehingga pada adsorben
LKA perlu ada peningkatan kualitas adsorben. Kemungkinan limbah cair batik tidak
hanya mengandung logam Cr(VI) dan mungkin masih adanya logam-logam dari air
sumur yang digunakan untuk pencucian parutan kayu aren terkandung pada adsorben
LKA.
E. Dampak Penggunaan Adsorben terhadap Lingkungan
Adsorben yang digunakan untuk adsorpsi pada larutan standard K2Cr2O7 dan
limbah cair batik masih mengandung logam Cr(VI). Adsorben tersebut ketika
dibuang akan menyebabkan pencemaran lingkungan karena logam Cr(VI) bersifat
toksik dan karsinogenik sehingga adsorben perlu dilakukan regenerasi atau recovery.
Logam Cr(VI) merupakan logam yang sangat berharga dan dapat digunakan lagi.
Penerapan sistem 3R (reuse, reduce, dan recycle) dapat diterapkan menjadi salah
satu solusi dalam pengolahan limbah dan regenerasi adsorben setelah pemakaian.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
73
Reuse merupakan penggunaan kembali limbah yang masih dapat digunakan
untuk fungsi yang sama ataupun fungsi lainnya. Pada penelitian ini, prinsip reuse
diterapkan pada penggunaan kembali limbah kayu aren yang digunakan untuk bahan
baku adsorben yang diaktivasi untuk menurunkan logam Cr(VI) pada limbah cair
batik. Prinsip reuse juga diterapkan pada penggunaan kembali adsorben setelah
penggunaan. Adsorben ZA dan LKA yang mengandung Cr(VI) dilakukan regenerasi
dengan cara recovery dengan penambahan reagen tertentu sehingga adsorben dapat
digunakan kembali untuk adsorpsi limbah cair batik yang mengandung Cr(VI).
Adsorben zeolit alam perlu dilakukan regenerasi sehingga adosorben dapat
dibuang bebas atau digunakan kembali. Menurut Martini et al. (2009) bahwa
KH2PO4 0,01 M merupakan reagen terbaik untuk regenerasi kromat dari adsorben
zeolit yang termodifikasi, bersifat ramah lingkungan dan memiliki daya regenerasi
yang cukup besar yaitu sebesar 26,8%. Adsorben limbah kayu aren setelah
penggunaan dilakukan recovery logam Cr(VI). Menurut Liu et al. (2001) bahwa
suatu kolom adsorpsi yang berisi jenis selulosa dapat diregenerasi dengan larutan 1,2
M HCl dengan prosentase recovery sebesar 85,2 %. Regenerasi adsorben zeolit alam
diperlukan penelitian lebih lanjut.
Reduce merupakan prinsip dengan mengurangi segala sesuatu yang
mengakibatkan limbah atau mengurangi penggunaan bahan-bahan yang bisa merusak
lingkungan. Pada penelitian ini, prinsip reduce diterapkan pada regenerasi adsorben
ZA dan LKA sehingga ketika adsorben tidak digunakan lagi tidak mencemari
lingkungan. Pada prinsip ini disarankan menggunakan reagen regenerasi yang
bersifat ramah lingkungan, seperti suatu garam basa atau garam asam. Larutan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
74
KH2PO4 termasuk dalam golongan garam yang terhidrolisis parsial dalam air dan
bersifat sedikit basa. Menurut Martini et al. (2009) bahwa KH2PO4 merupakan
reagen terbaik untuk regenerasi kromat dari adsorben zeolit yang bersifat ramah
lingkungan. Regenerasi menggunakan beberapa reagen untuk adsorben zeolit alam
diperlukan penelitian lebih lanjut.
Recycle merupakan prinsip mengolah kembali (daur ulang) limbah menjadi
barang atau produk baru yang bermanfaat. Pada penelitian ini, adsoben yang
mengandung limbah kayu aren yang tidak terpakai lagi (setelah recovery) dapat
digunakan alternatif sebagai media jamur yang sudah menjadi bahan makanan yang
disukai. Permasalahannya adalah bagaimana mencari formula media yang tepat
untuk pertumbuhan jamur, karena limbah aren hanya menjadi salah satu sumber
formula. Proses pengolahan limbah juga dapat dilakukan melalui proses
pengomposan. Tingginya kadar selulosa dapat menjadi masalah, supaya bisa
menjamin kelangsungan produksi kompos dan tentunya menjadi penghasilan
tambahan bagi penduduk maka diperlukan penelitian lebih lanjut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 75
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis data dan hasil uji laboratorium, maka dapat
ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Kandungan logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik sebesar 14,68 ppm
yang telah melebih baku mutu air limbah berdasarkan Peraturan Daerah
Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah.
2. Kolom adsorpsi ZA, ZA-LKA, dan LKA dapat menurunkan kadar logam
Cr(VI) dengan elusi satu kali pada larutan standard K2Cr2O7 80 ppm berturut-
turut sebesar 99,96 %; 99,83 dan 81,24 %.
3. Kolom adsorpsi ZA, ZA-LKA, dan LKA dapat menurunkan kadar logam
Cr(VI) dengan elusi satu kali pada sampel limbah cair batik berturut-turut
sebesar 99,97 %; 99,39 % dan 98,39 %.
B. Saran
Berdasarkan pada hasil penelitian, maka dapat diajukan beberapa saran,
antara lain :
1. Perlunya penelitian lebih lanjut untuk modifikasi zeolit dengan surfaktan
untuk memperoleh zeolit yang memiliki kemampuan yang lebih baik.
2. Perlunya penelitian lebih lanjut untuk regenerasi masing-masing adsorben.
3. Perlunya pembinaan dan pelatihan bagi para pengusaha industri batik rumah
tangga untuk menggunakan zat pewarna dan mordan yang berasal dari
tumbuh-tumhuhan (alami) sehingga ramah terhadap lingkungan.