bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pencemaran logam berat sangat berbahaya bagi lingkungan. Banyak laporan
yang memberikan fakta betapa berbahayanya pencemaran lingkungan terutama oleh
logam berat pada kawasan perairan, baik akibat penggunaan airnya untuk konsumsi
sehari-hari maupun ketika mengkonsumsi biota air tawar yang hidup di perairan
tercemar tersebut (USDA NRCS, 2000).
Kasus yang dilaporkan pertama kali di Jepang pada tahun 1953 yaitu timbulnya
penyakit minamata yang menyebabkan para nelayan dan keluarganya terkena
keracunan kronis akibat logam berat Metyl-Merkuri yang mencemari teluk Minamata
dan mengakibatkan kematian. Biro lingkungan hidup Jepang mencatat terdapat 987
korban meninggal dan 2.900 penderita penyakit Minamata yang masih hidup. Sebagai
konsekuensinya
pemerintah
Jepang
memerlukan
waktu
15
tahun
untuk
membersihkan dan mereklamasi perairan dari logam berat tersebut (Takizawa, 2001).
Sejak kasus Minamata yang secara intensif dilaporkan, isu pencemaran logam
berat meningkat sejalan dengan pengembangan berbagai penelitian yang mulai
diarahkan pada berbagai aplikasi teknologi untuk menangani pencemaran lingkungan,
khususnya pencemaran air yang disebabkan oleh logam berat. Setidaknya terdapat
lebih dari 185 publikasi internasional yang diterbitkan antara tahun 1988 hingga 2010
yang mempelajari metode yang digunakan untuk mengatasi pencemaran logam berat
pada limbah cair. Beberapa metode yang telah dikembangkan tersebut antara lain
metode presipitasi kimia, adsorpsi, filtrasi membran, koagulasi-flokulasi, flotasi dan
elektro kimia (Fengliang dan Wang, 2011).
Salah satu metode yang efektif untuk mengatasi masalah pencemaran air oleh
logam berat yang sudah sejak lama dikenal secara luas yaitu adsorpsi. Metode
adsorpsi bergantung pada kemampuan permukaan adsorben untuk menarik molekul-
1
2
molekul gas, uap atau cairan. Oleh karena itu, secara prinsip metode adsorpsi dapat
digunakan untuk mengatasi pencemaran air oleh logam berat (Moreno dkk., 2010).
Berbagai jenis adsorben karbon aktif telah berhasil dikembangkan dan terbukti
mampu mengadsorpsi ion logam berat antara lain zeolit dan karbon aktif hanya saja
masih tergolong mahal dan sulit untuk diproduksi (Dhermendra dan Tiwari, 2008).
Untuk itu, selama sepuluh tahun terakhir penelitian secara ekstensif diarahkan untuk
mencari jenis adsorben yang relatif lebih murah dan mudah didapatkan.
Peneliti di bidang lingkungan khususnya untuk menanggulangi pencemaran
logam berat menaruh perhatian besar pada adsorben berbasis nanopartikel. Adsorben
berbasis nanopartikel adalah adsorben yang memiliki partikel yang ukurannya lebih
kecil dari 1 mikron dan berpotensi sekecil atom dengan panjang molekul sekitar 0,2
nm. Adsorben nanopartikel dapat berbentuk amorfus atau berbentuk kristal dan
permukaannya dapat bertindak sebagai pembawa tetesan cairan atau gas (Buzeal
dkk., 2007).
Adsorben berbasis nanopartikel memiliki fungsionalisasi permukaan yang
besar, yang mampu mengikat, menyerap dan membawa senyawa lain seperti obat,
probe, protein dan senyawa lainnya. Reaktivitas permukaan berasal dari fenomena
kuantum yang dapat menjadikan nanopartikel tidak terduga. Selain itu, permukaan
adsorben berbasis nanopartikel dapat diubah tergantung pada kehadiran reaktan dan
senyawa yang terserap (Abhilash, 2010).
Salah satu adsorben nanopartikel yang menjadi fokus dalam menangani
masalah pencemaran air oleh logam berat adalah nanopartikel magnetik Fe 3O4
(magnetit). Magnetit dipilih karena memiliki sifat magnetik yang kuat sehingga
proses pemisahan sedimen hasil adsorpsi dengan menggunakan adsorben
nanopartikel magnetit lebih mudah dilakukan.
Sifat magnetik adsorben Fe3O4 sebagian besar dipengaruhi oleh morfologi,
ukuran dan karakteristik fisika dari partikel tunggal, dan interaksi antarmuka. Untuk
partikel dengan ukuran kurang dari 30 nm, Fe3O4 menunjukkan sifat-sifat
3
superparamagnetik. Selain itu luas permukaan partikel yang besar juga menjadi salah
satu keunggulan nanopartikel Fe3O4 sehingga memiliki kapasitas besar untuk
mengadsorpsi ion logam berat (Carlos dkk., 2013).
Fe3O4 juga memiliki beberapa kelemahan diantaranya sangat mudah teroksidasi
dengan adanya oksigen bebas, mudah beragregasi, dan tidak stabil terhadap termal
maupun asam. Hal ini juga mengakibatkan berkurangnya sifat kemagnetan yang
dimiliki magnetit. Karena itu material perlu dimodifikasi dengan pelapisan agar
substansi menjadi biokampatible, meningkatkan stabilitas termal, mekanik dan kimia,
memperpanjang waktu pakai (lifetime), menghambat korosi serta dapat mengubah
keseluruhan sifat fisiokimia dan biologis dari magnetit (Carlos dkk., 2013).
Material yang sering digunakan untuk pelapisan Fe3O4, salah satunya adalah
silika (Larraza dkk., 2012). Silika yang melapisi permukaan magnetit dapat
mengurangi tarikan dipolar antar magnetit dan melindungi magnetit dari leaching
atau pelarutan dalam kondisi asam (Deng dkk., 2005). Selain itu magnetit yang telah
dilapisi dengan silika memiliki sifat ferromagnetik yang lebih tinggi serta memiliki
magnetic anisotropy yang lebih rendah (Lu dkk., 2007).
Metode dalam sintesis nanopartikel Fe3O4 diantaranya adalah hidrolisis,
mikroemulsi dan kopresipitasi. Metode ini merupakan salah satu metode sintesis
senyawa anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi
secara bersama-sama ketika melewati titik jenuhnya.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode kopresipitasi
karena metode kopresipitasi menggunakan suhu kamar dan mudah mengontrol
ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat (Fernandez,
2011).
Sedangkan untuk karakterisasi
nanopartikel
magnetit
menggunakan
Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier
Transform Infra Red (FTIR) dan Vibrating Sample Magnetometer (VSM).
Beberapa logam berat yang telah banyak diteliti antara lain logam Cr, Hg, As,
Sb, Se, dan V dan sebagian besar fokus pada mekanisme (interaksi oksidasi-reduksi)
4
pada permukaan Fe3O4 (Wang dkk., 2011). Sedangkan logam yang umum lainnya
seperti Cu, Mn dan Ni sangat sedikit diteliti sehingga sangat sulit ditemukan
diberbagai literatur.
Logam Cu(II), Mn(II) dan Ni(II) termasuk logam trace essensial yang
ditemukan mencemari lingkungan khususnya air akibat penggunaan pestisida atau
dari limbah industri besi dan baja. Ketiganya merupakan jenis logam yang pada
jumlah tertentu dibutuhkan oleh tubuh namun pada jumlah yang berlebihan logamlogam tersebut bersifat sangat toksik. Sifat toksik mungkin disebabkan dalam bentuk
ion logam bebas Cu+2, Mn+2, dan Ni+2 membentuk senyawa kompleks dengan ligan
pada permukaan membran sel makhluk hidup (Moreno dkk., 2010).
Pada penelitian ini dilakukan studi adsorpsi logam Cu(II), Mn(II), dan Ni(II)
menggunakan adsorben nanopartikel magnetit untuk melihat efektifitas penggunaan
nanopartikel magnetit dalam mengadsorpsi ion logam tersebut dibawah pengaruh
variasi suhu selama proses adsorpsi, konsentrasi adsorben magnetit, ukuran partikel
adsorben magnetit, readsorpsi, reuse (penggunaan kembali adsorben) dan pengaruh
pelapisan adsorben magnetit dengan silika (konsentrasi 50%).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini ialah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah efektifitas penggunaan adsorben nanopartikel Fe3O4 dalam
mengadsorpsi logam Cu(II), Mn(II), dan Ni(II) dalam artificial limbah cair ?
2. Bagaimanakah
pengaruh
variasi
suhu,
konsentrasi,
ukuran partikel,
readsorpsi, reuse dan pelapisan adsorben dengan silika (konsentrasi 50%)
terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Mn(II), dan Ni(II) dalam artificial
limbah cair?
3. Bagaimanakah tingkat efektifitas penurunan kadar logam berat dalam limbah
cair dengan metode adsorpsi?
5
1.3 Batasan Masalah
Pembahasan dalam penelitian ini dibatasi hanya pada pengkajian penurunan
kadar logam Cu(II), Mn(II), dan Ni(II) dalam artificial limbah cair di bawah
pengaruh variasi suhu, konsentrasi adsorben, ukuran partikel, readsorpsi, reuse dan
pelapisan adsorben dengan silika (konsentrasi 50%).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini ialah :
1. Menghitung penurunan kadar logam Cu(II), Mn(II), dan Ni(II) dalam
artificial limbah cair yang diadsorpsi dengan menggunakan adsorben
nanopartikel Fe3O4.
2. Mempelajari pengaruh variasi suhu adsorpsi, konsentrasi adsorben, ukuran
partikel adsorben, readsorpsi, reuse dan pelapisan adsorben dengan silika
(konsentrasi 50%) terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Mn(II), dan Ni(II)
dalam artificial limbah cair.
3. Mengukur tingkat efektifitas penurunan kadar logam berat dengan metode
adsorpsi.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi terkait kemampuan
nanopartikel Fe3O4 sebagai adsorben dalam menyerap dan menurunkan kadar logam
Cu(II), Mn(II), dan Ni(II) yang terlarut dalam limbah cair. Sehingga hasil tersebut
dapat digunakan sebagai salah satu solusi alternatif untuk menanggulangi
pencemaran limbah cair oleh logam berat dan dijadikan acuan bagi penelitian
selanjutnya dalam mengembangkan nanopartikel Fe3O4 sebagai adsorben magnetik
untuk mengadsorpsi jenis ion logam berat lainnya yang belum pernah diteliti
sebelumnya.
6
1.6 Sistematika Penulisan
Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut :
1. Bab I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai penggunaan
nanopartikel magnetik Fe3O4 sebagai adsorben untuk menyerap logam Cu(II),
Mn(II), dan Ni(II), rumusan masalah, batasan masalah, manfaat penelitian, dan
sistematika penulisan.
2. Bab II berisikan tinjauan pustaka yang menjelaskan berbagai penelitian terdahulu
mengenai metode adsorpsi, Fe3O4 dan aplikasinya sebagai adsorben dalam
mengatasi permasalahan pencemaran air oleh logam berat.
3. Bab III menjelaskan teori dasar mengenai terminologi magnetik, jenis-jenis
magnetik, domain magnetik, metode kopresipitasi, nanopartikel magnetik Fe3O4,
teknik karakterisasi nanopartikel magnetik Fe3O4 dengan XRD, TEM, FTIR dan
VSM, adsorben magnetik, pelapisan Fe3O4 dengan silika, metode adsorpsi, logam
berat, logam tembaga, logam mangan dan logam nikel serta perhitungan
prosentase penurunan kadar logam dalam limbah cair.
4. Bab IV menjelaskan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, prosedur
penelitian, dan teknik pengolahan data.
5. Bab V memuat pembahasan hasil penelitian yang telah dilakukan.
6. Bab VI menunjukkan kesimpulan dari hasil eksperimen dan saran untuk penelitian
dimasa mendatang.
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.