bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Singkong (Manihot esculenta) merupakan salah satu komoditas yang
penting di Indonesia. Produksi singkong di Indonesia cukup besar yaitu mencapai
21.801.415 ton pada tahun 2015, sedangkan di D.I. Yogyakarta mencapai 873.362
ton (Anonim, 2016a). Singkong merupakan salah satu makanan di negara
Indonesia, biasanya digunakan untuk makanan tradisional, kue dan sebagian besar
digunakan sebagai bahan baku untuk industri pati singkong. Industri makanan dan
pengolahan pati singkong ini menghasilkan sejumlah limbah padat kulit singkong
yang belum dimanfaatkan dengan optimal. Saat ini aplikasi kulit singkong masih
terbatas sebagai bahan bakar dan sebagai bahan baku pakan ternak (Sudaryanto
dkk., 2006).
Kulit singkong mempunyai ketebalan bervariasi antara 1 sampai 4 mm dan
diperkirakan menyumbang 10 sampai 13% dari total bahan kering umbi singkong
(Adesehinwa dkk., 2011). Berdasarkan jumlah produksi singkong di Indonesia,
potensi limbah kulit singkong yang dihasilkan mencapai 2,8 juta ton/tahun. Dalam
penelitian ini, dilakukan pemanfaatan limbah kulit singkong sebagai bahan untuk
pembuatan karbon aktif termodifikasi.
Karbon aktif diartikan sebagai material karbon dengan struktur aromatik
padat dan mempunyai gugus fungsional permukaan dari heteroatom yang
didominasi oleh atom oksigen membentuk gugus fungsional seperti karboksil,
karbonil, fenol, dan lainnya (Gaur dan Shankar, 2008; Chiang dkk., 2002). Karbon
aktif merupakan salah satu adsorben yang paling banyak digunakan dalam proses
pemisahan antara lain, pada proses pemurnian gas, pengolahan limbah cair dan
penghilangan warna (El-Sayed dan Bandosz, 2004).
Kemampuan adsorpsi dari karbon aktif tidak hanya ditentukan oleh
porositas, tetapi juga ditentukan oleh gugus-gugus fungsi yang ada pada
1
2
permukaan karbon aktif. Umumnya karbon aktif bersifat hidrofobik, sehingga
untuk mendapatkan karbon aktif yang bersifat hidrofilik perlu dilakukan modifikasi
karbon aktif menghasilkan karbon aktif termodifikasi. Modifikasi karbon aktif yaitu
menghilangkan beberapa gugus fungsi tertentu dan sebaliknya memasukkan
gugus fungsi baru atau meningkatkan ekuivalen gugus yang sudah ada secara
selektif (Pereira dkk., 2003). Memodifikasi gugus fungsi permukaan karbon aktif
dapat menghasilkan karbon aktif termodifikasi dengan kegunaan yang lebih
spesifik (Huang dkk., 2009).
Dalam sintesis karbon aktif termodifikasi, dilakukan aktivasi karbon melalui
aktivasi fisika ataupun aktivasi kimia. Aktivasi kimia mempunyai keunggulan
dibanding aktivasi fisika, diantaranya suhu yang diperlukan lebih rendah,
rendemen karbon aktif yang diperoleh lebih tinggi dan memiliki luas permukaan
yang lebih tinggi (Moreno-Castilla dkk., 2001). Pemilihan jenis aktivator akan
berpengaruh terhadap kualitas karbon aktif. Beberapa senyawa kimia yang sering
digunakan sebagai aktivator dalam industri pembuatan karbon aktif adalah ZnCl2,
KOH, H3PO4, H2SO4 dan NaOH (Yahya dkk., 2015)
Penelitian tentang aktivasi karbon menggunakan ZnCl2 pernah dilakukan
oleh Mohammadi dkk. (2014), Kumar dan Jena (2015) yang berhasil membuat
karbon aktif mikropori. Namun demikian penggunaan ZnCl2 sebagai aktivator
mempunyai kelemahan yaitu menimbulkan polusi uap dan residu baru, sehingga
menjadi bermasalah bagi lingkungan (Hernandez-Montoya dan Bonilla-Petriciolet,
2012)
Dalam penelitian ini, dilakukan sintesis karbon aktif termodifikasi dengan
mengaktivasi karbon menggunakan senyawa kalium hidroksida (KOH). Kelebihan
senyawa KOH sebagai activating agent adalah dihasilkannya karbon aktif dengan
pori-pori yang didominasi oleh ukuran mikropori. Selain itu aktivasi dengan KOH
menghasilkan produk samping berupa tar yang lebih sedikit (Rodriguez-Reinoso
dan Molina-Sabio, 1992).
3
Modifikasi permukaan secara kimia pada karbon aktif dapat dilakukan
dengan berbagai bahan dan pada sebagian besar penelitian bahan modifikasi yang
digunakan mempunyai karakter oksidatif (Vinke dkk., 1994). El-Sheikh (2008)
meneliti pengaruh oksidasi karbon aktif dengan berbagai agen pengoksidasi
diantaranya asam nitrat, hidrogen peroksida dan amonium persulfat untuk
adsorpsi beberapa ion logam, dengan nilai kapasitas adsorpsi paling tinggi pada
karbon aktif yang dimodifikasi menggunakan asam nitrat. Abdel-Nasser dan ElHenda (2003) dan Liu dkk. (2005) menjelaskan bahwa oksidasi permukaan karbon
aktif dengan HNO3 dapat meningkatkan kandungan gugus fungsi asam pada
permukaan karbon aktif. Berdasarkan hal tersebut pada penelitian ini digunakan
HNO3 untuk memodifikasi karbon aktif kulit singkong sebagai adsorben logam
Cr(VI).
Ion logam Cr(III) dan Cr(VI) merupakan logam kromium yang banyak
terdapat di lingkungan. Pemilihan logam Cr(VI) sebagai adsorbat pada penelitian
ini karena Cr(VI) atau kromium heksavalen adalah salah satu logam berbahaya
yang banyak ditemukan dalam sisa-sisa proses industri terutama industri
elektroplating dan industri tekstil yang saat ini berkembang semakin pesat
(Anonim, 2016b; Purwanto dan Huda, 2005). Dalam industri elektroplating
terdapat proses chrome-plating atau pelapisan dengan krom yang dilakukan pada
berbagai jenis logam seperti besi, baja atau tembaga (Parkinson dan Hart, 1995).
Begitu pula dengan industri tekstil dan produk tekstil (TPT) yang menjadi salah
satu sektor andalan Indonesia dalam menghadapi Masyarakat Ekonomi ASEAN
(MEA) pada tahun 2015 (Anonim, 2013). Industri tekstil tersebut menggunakan
kromium heksavalen sebagai mordan atau penguat warna. Kromium heksavalen
ini digunakan sebagai katalis dalam proses pewarnaan dan sebagai zat warna pada
kain wol (chrome-dyeing) (Jacobs dan Testa, 2004). Adanya Cr(VI) di lingkungan
menjadi permasalahan serius karena sifatnya beracun, jumlahnya semakin
meningkat dan menurunkan kualitas perairan. Pemaparan Cr(VI) pada saluran
pernafasan dapat menyebabkan kanker bagi manusia.
4
Pembuangan limbah industri yang mengandung Cr(VI), tanpa melalui
pengolahan atau hanya diolah seadanya akan menyebabkan terjadinya
pencemaran lingkungan. Buangan air limbah industri selain membahayakan
manusia juga mengakibatkan timbulnya pencemaran air sungai yang merugikan
masyarakat yang tinggal di sepanjang aliran sungai, seperti berkurangnya hasil
produksi pertanian, menurunnya
hasil tambak, maupun berkurangnya
pemanfaatan air sungai oleh penduduk. Sebagai contoh yaitu sungai terpanjang
dan terbesar di propinsi Jawa barat yang mengalami pencemaran oleh limbah
industri di sekitar sungai (Anonim, 2012). Brigden dkk. (2013) melaporkan bahwa
dari lokasi saluran limbah yang berdekatan dengan lahan pertanian ditemukan
bahan kimia logam berat berbahaya salah satunya kromium heksavalen (Cr(VI))
yang berpotensi menyebabkan kanker. Lahan pertanian dan perikanan yang
terkena dampak pencemaran tersebut seluas ± 415 hektar yang berada di empat
desa. Hal tersebut menyebabkan terjadinya penurunan produktivitas pertanian
masyarakat mencapai 1 - 1,5 ton per hektar per musim panen (Sudarna, 2015).
Adsorben dari karbon aktif kulit singkong termodifikasi oleh asam nitrat
diharapkan dapat mengatasi pencemaran logam Cr(VI) melalui proses adsorpsi.
Karbon aktif kulit singkong termodifikasi yang diperoleh dikarakterisasi meliputi
kadar air, kadar zat volatil, kadar abu, kadar karbon dan dilakukan analisis luas
permukaan dan gugus fungsional. Parameter utama yang dikaji terhadap proses
adsorpsi Cr(VI) adalah pengaruh pH, pengaruh waktu kontak, kinetika adsorpsi,
pengaruh konsentrasi dan isoterm adsorpsi.
I.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mempelajari karakteristik karbon kulit singkong dan modifikasinya meliputi
kadar air, kadar abu dan kadar zat volatil dan kadar karbon.
2. Mempelajari pengaruh dari aktivasi karbon kulit singkong dan modifikasi
karbon aktif kulit singkong.
5
3. Menentukan kondisi pH optimum dan waktu kontak optimum adsorpsi Cr(VI)
menggunakan adsorben karbon aktif kulit singkong termodifikasi.
4. Mempelajari aktivitas adsorpsi Cr(VI) pada karbon aktif kulit singkong
termodifikasi, meliputi kapasitas adsorpsi, kinetika adsorpsi dan isoterm
adsorpsi.
I.3 Manfaat Penelitian
Penelitian
ini
diharapkan
dapat
memberikan
kontribusi
dalam
meningkatkan pengetahuan mengenai pemanfaatan karbon aktif kulit singkong
termodifikasi sebagai adsorben dan kemampuannya dalam mengadsorpsi Cr(VI)
dalam larutan. Penelitian ini juga diharapkan dapat sebagai masukan data untuk
mempelajari lebih lanjut adsorpsi Cr(VI) oleh karbon aktif kulit singkong
termodifikasi dan dapat diaplikasikan sebagai adsorben untuk menangani limbah
cair yang mengandung logam berat Cr(VI) dalam skala industri.