bab i pendahuluan

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Air merupakan kebutuhan mendasar bagi makhluk hidup. Namun, kualitas air
terus menurun karena pertumbuhan penduduk maupun industrialisasi yang
menghasilkan polutan organik, anorganik, dan biologis. Air tidak dapat
diperbaharui, dan juga belum dapat diciptakan dalam jumlah yang besar, sehingga
ini menjadi tantangan tersendiri untuk menciptakan teknologi yang dapat
menghilangkan kandungan polutan dalam air secara cepat dan efisien dengan
biaya yang rendah.
Logam berat adalah polutan anorganik yang sangat berbahaya bagi kesehatan
manusia karena tidak dapat terurai secara alami. Banyak ion logam berat yang
bersifat toxic dan memicu kanker. Logam berat yang terakumulasi dalam tubuh
manusia dapat menghambat pertumbuhan dan perkembangan tubuh. Logam berat
beracun yang banyak ditemukan sebagai limbah industri antara lain zinc, tembaga,
nikel, merkuri, cadmium, timah dan kromium(Fu dan Wang, 2011).
Ada banyak metode yang digunakan untuk menjernihkankan air yang telah
terkontaminasi logam berat, seperti presipitasi, solvent extraction, ion exchange,
adsorpsi, membrane flitration, coagulation-flocculation, flotation, dan metode
elektrokimia. Pemilihan metode yang paling cocok untuk penjernihan air
mempertimbangkan beberapa hal seperti jenis limbah, konsentrasi limbah logam,
biaya operasional, kemudahan proses, reliabilitas, dan dampak terhadap
lingkungan (Fu dan Wang, 2011). Metode adsorpsi dan presipitasi merupakan
metode yang banyak digunakan dalam berbagai penelitian penjernihan air.
Kelebihan metode adsorpsi yakni mudah dalam proses pengerjaannya serta murah
dari sisi biaya operasional. Adsorpsi adalah proses di mana polutan terjerap pada
permukaan zat adsorben (Ali, 2012).
Peneliti
dibidang
nanoteknologi
mengembangkan
material
berukuran
nanometer yang diaplikasikan untuk menjernihkan air yang telah terkontaminasi
1
2
polutan. Pada dasarnya terdapat empat kelas bahan nano yang telah dievaluasi
sebagai bahan fungsional untuk pemurnian air yaitu nanopartikel magnetik,
nanomaterial karbon, zeolit dan dendrimers (Tiwari dkk, 2008). Nanofibers juga
dapat digunakan untuk pemurnian air. Adsorben nanomaterial karbon yaitu
activated carbon dan karbon nanotube (CNTs) merupakan jenis adsorben yang
telah lama diteliti dan digunakan secara komersil. Akan tetapi, biaya
operasionalnya mahal dan adsorben tidak dapat diregenerasi (Prados dan Cervello,
2009).
Penggunaan nanopartikel sebagai adsorben memiliki kelebihan pada proses
adsorpsi karena memiliki luas permukaan partikel yang lebih besar dibandingkan
material bulk pada volum yang sama, sehingga akan lebih banyak adsorbat yang
menempel
pada
adsorben.
Selain
itu,
permukaan
nanopartikel
dapat
difungsionalisasikan dengan senyawa kimia lain untuk memperbesar affinitas
terhadap adsorbat. Penelitian terkait penjernihan air menggunakan nanopartikel
telah banyak dilakukan seperti,
terkontaminasi oleh logam berat
Shen dkk
(2009)
menjernihkan air yang
Ni(II), Cu(II), Cd(II) dan Cr(IV) dengan
menggunakan Fe3O4. Beberapa contoh nanopartikel yang digunakan untuk water
treatment antara lain alumina, cobalt ferrite, copper oxide, maghemite, iron
oxide, nickel oxide, silica, stannous oxide, titanium oxide, zinc sulfide, zinc oxide
dan jenis alloy (Ali, 2012).
Nanopartikel magnesium ferrite dapat diaplikasikan secara luas dalam
teknologi misalnya untuk sensor kelembaban, high density information storage,
dan magnetic resonance imaging contrast agents (Franco dan silva, 2011).
Nanopartikel magnetik MgFe2O4 dengan struktur kubik spinel termasuk jenis soft
magnetic. Salah satu keunggulan soft magnetic yaitu memiliki magnetisasi
saturasi yang tinggi. MgFe2O4 dapat juga digunakan sebagai adsorben logam (Hu
dkk, 2007). MgFe2O4 dapat bersifat superparamagnetik yang menjadikannya lebih
responsif terhadap medan magnet luar, sehingga proses pemisahan endapan hasil
adsorpsi lebih mudah dilakukan. Selain itu, MgFe2O4 dapat diregenerasi melalui
proses desorpsi dan digunakan lagi sebagai adsorben (Tang dkk, 2013).
3
MgFe2O4 yang disintesis dengan metode kopresipitasi cenderung mengalami
aglomerasi. Salah satu cara untuk mengatasi aglomerasi adalah dengan pelapisan
menggunakan silika atau PEG. Akan tetapi, pelapisan adsorben dengan silika akan
merubah morfologi permukaan, ukuran partikel maupun sifat kemagnetannya
yang diprediksi akan berdampak pada adsorpsi logam di permukaan adsorben
(Axe dan Xu, 2005).
Penjernihan air menggunakan metode adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa
faktor seperti parameter adsorpsi (suhu, pH, dl), karakteristik adsorbat dan
karakteristik adsorben. Berbagai penelitian telah dilakukan terkait pengaruh faktor
parameter penjernihan, namun belum banyak yang mengkaji pengaruh
karakteristik adsorben MgFe2O4 yaitu ukuran partikel dan sifat kemagnetan
terhadap kapasitas adsorpsi. Pemisahan endapan juga mempengaruhi hasil
penjernihan air. Endapan nanopartikel harus seluruhnya dipisahkan dari air.
Pemisahan endapan dilakukan dengan menggunakan medan magnet, sehingga
diprediksi bahwa sifat kemagnetan adsorben akan mempengaruhi penurunan
kadar limbah logam. Selain menggunakan magnet permanen dan kertas saring,
pemisahan endapan dapat memanfaatkan sistem High gradient magnetic
separation (HGMS). Sistem HGMS memungkinkan pemisahan partikel magnetik
lemah dari non-magnetik yang tidak dapat dipisahkan dengan pemisah magnetik
konvensional.
Berdasarkan pertimbangan tersebut, maka pada penelitian ini telah dilakukan
penjernihan limbah cair yang mengandung logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II)
menggunakan adsorben MgFe2O4 untuk melihat pengaruh ukuran partikel, sifat
kemagnetan, dan pelapisan adsorben dengan silika serta penggunaan HGMS
terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II).
4
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian ini, maka dapat diajukan beberapa
rumusan masalah sebagai berikut:
a. Bagaimanakah pengaruh ukuran partikel dan magnetisasi saturasi MgFe2O4
terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II)?
b. Bagaimanakah pengaruh pelapisan adsorben MgFe2O4 dengan Na2SiO3
terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II)?
c. Bagaimanakah perbandingan adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II) oleh
nanopartikel MgFe2O4 dengan nanopartikel CoFe2O4 dan Fe3O4?
d. Bagaimanakah pengaruh penggunaan sistem penyaring HGMS terhadap
penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II)?
1.3 Batasan Masalah
Lingkup bahasan penelitian ini mencakup studi tentang pengaruh ukuran
partikel, nilai magnetisasi saturasi, pelapisan adsorben MgFe2O4 dengan silika
(konsentrasi 50%) terhadap adsorpsi Cu(II), Fe(II) dan Ni(II) dalam limbah cair
buatan. Selain itu, membandingkan hasil adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II)
menggunakan nanopartikel MgFe2O4 dengan nanopartikel CoFe2O4 dan Fe3O4.
Penyaringan dengan sistem HGMS menggunakan variasi medan magnet luar 65,5
G, 327 G dan 653 G.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Menentukan pengaruh ukuran partikel dan magnetisasi saturasi MgFe2O4
terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II).
b. Menentukan pengaruh pelapisan adsorben MgFe2O4 dengan Na2SiO3
terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II).
c. Membandingkan hasil adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II)
menggunakan nanopartikel MgFe2O4 dengan nanopartikel CoFe2O4 dan
Fe3O4
5
d. Menentukan pengaruh penggunaan sistem penyaring HGMS terhadap
penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II).
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk:
a. Memberikan informasi terkait pengaruh ukuran partikel dan magnetisasi
saturasi adsorben MgFe2O4 terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan
Ni(II),
b. memberikan informasi terkait pengaruh pelapisan adsorben MgFe2O4
dengan silika terhadap adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II),
c. serta memberikan informasi terkait pengaruh penggunaan sistem HGMS
terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II), sehingga hasil
penelitian tersebut dapat dimanfaatkan sebagai acuan
bagi penelitian
selanjutnya.
1.6 Sistematika Penulisan
Tesis ditulis dengan sistematika sebagai berikut :
a. Bab I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai
penggunaan nanopartikel magnetik MgFe2O4 sebagai adsorben untuk
menyerap logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II), rumusan masalah, batasan
masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
b. Bab II berisikan tinjauan pustaka yang menjelaskan berbagai penelitian
terdahulu mengenai MgFe2O4, dan aplikasinya sebagai adsorben dalam
mengatasi permasalahan pencemaran air oleh logam berat.
c. Bab III menjelaskan teori dasar mengenai konsep kemagnetan,
ferromagnetik, superparamagnetik, domain magnetik dan kurva histeresis,
nanopartikel magnetik MgFe2O4, metode kopresipitasi, pelapisan dengan
silika, metode adsorpsi, sistem HGMS, logam tembaga, logam besi dan
logam nikel, teknik karakterisasi nanopartikel magnetik MgFe2O4 dengan
XRD, VSM, TEM, serta Spektrometer serapan atom.
6
d. Bab IV menjelaskan alat dan bahan yang akan digunakan dalam
penelitian, prosedur penelitian, dan teknik pengolahan data.
e. Bab V menjelaskan tentang hasil penelitian dan pembahasan.
f. Bab VI menjelaskan kesimpulan dan saran penelitian
Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang diacu dan lampiran berisi
data-data yang diperoleh dalam penelitian, dokumentasi, dan publikasi yang
disajikan dalam jurnal nasional maupun jurnal internasional.