PADA LIMBAH PABRIK MENGGUNAKAN

Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
PENENTUAN KADAR Cd(II) PADA LIMBAH PABRIK MENGGUNAKAN
ELEKTRODA PASTA KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT
SECARA CYCLIC STRIPPING VOLTAMETRY
DETERMINATION OF Cd(II) AT WASTE OF FACTORY USING CARBON
ELECTRODE PASTA MODIFIED ZEOLITE BY CYCLIC
STRIPPING VOLTAMETRY
Ardi Rofiansyah dan Pirim Setiarso
Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Negeri Surabaya
Jl. Ketintang Surabaya (6023), telp 031-8298761
Email: [email protected]
Abstrak. Telah dilakukan penelitian tentang penggunaan zeolit sebagai modifier elektroda pasta karbon
untuk analisis Cd (II) secara cyclic stripping voltametry. Pengukuran larutan analit Cd (II) dihasilkan
komposisi elektroda terbaik dengan perbandingan 3:5:2. Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan
diperoleh pH optimum pada pH 6, lama waktu deposisi optimum yang didapatkan adalah 10 detik, lama
laju pindai optimum yang dihasilkan dari pengukuran tersebut adalah 0,05 V/detik dengan rentang
potensial yaitu -1,5 V s/d 1,5 V. Dalam artikel ini dilakukan penentuan kadar Cd (II) pada limbah salah
satu pabrik di Mojokerto menggunakan elektroda pasta karbon yang dimodifikasi dengan zeolit. Metode
yang digunakan dalam penentuan ini dengan metode standart adisi secara cyclic stripping voltametry.
Konsentrasi Cd (II) yang dihasilkan dari limbah pabrik dengan metode standart adisi secara cyclic
stripping voltametry adalah sebesar 2,401 ppm dengan regresi 0,998356.
Kata kunci : elektroda pasta karbon, voltametri, zeolit
Abstract. The research of the using of zeolite as the carbon paste electrode modifier for the analysis of Cd
(II) has been done. Measurement of Cd (II) produced the best electrode composition with a ratio of 3: 5:
2. The resulting of this research is pH optimum at pH 6, obtained optimum deposition time was 10
seconds Long produced the optimum scan rate is 0.05 mV/sec with potential distance -1,5 V s/d 1,5 V. In
this article determination of Cd (II) levels at waste one of the factory in Mojokerto using the carbon paste
electrode modifier with zeolite. The methodsin this research is smart adition methods with cyclic stripping
voltametry. The concentration of Cd (II) from factory waste use standard adition methods with cyclic
stripping voltametry is 2,401 ppm with regresion 0,998356.
Keyword : carbon electrode pacta, voltametry, zeolite
PENDAHULAN
Kegiatan sehari-hari yang dilakukan oleh
manusia selalu menghasilkan limbah. Limbah
tersebut tidak hanya limbah udara dan limbah
tanah namun juga limbah cair yang dihasilkan
lebih banyak dari kedua limbah yang lainnya.
Limbah tersebut mengandung bahan-bahan
organik tetapi dapat juga limbah tersebut
mengandung unsur logam berat yang dapat
membahayakan kesehatan tubuh, terutama
limbah yang dihasilkan dari industri besar di
sekitar pemukiman warga. Hal tersebut dapat
mencemari lingkungan dan membahayakan
manusia yang tinggal di sekitar lingkungan
industri tersebut. Pada saat ini, pencemaran
lingkungan menjadi perbincangan yang sangat
kompleks di dunia dan terlebih di Indonesia.
Dibalik bertambah banyaknya penduduk
Indonesia juga disertai dengan bertambahnya
permasalahan yang ada di sekitarnya. Salah satu
permasalahan yang muncul adalah pencemaran
C - 27
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
lingkungan yang disebabkan oleh polusi air yang
dapat membuat menurunnya kualitas hidup
masyarakat. Hal tersebut menimbulkan banyak
permasalahan, salah satunya adalah penyakit dan
penurunan kualitas air tanah yang berbanding
lurus dengan kualitas kehidupan manusia.
Uji kualitas yang dilakukan dalam
menganalisis suatu logam berat sangat sulit
dilakukan dalam level ppb karena sebagian besar
logam berat memiliki konsentrasi yang sangat
rendah dan logam tersebut terdapat dalam
keadaan terikat dengan logam atau unsur yang
lain. Umumnya dalam menganalisis logam berat
dengan konsentrasi tertentu didalam air
digunakan metode Spektroskopi Serapan Atom
(SSA) dan metode inductively coupled plasma
atomic emition spectrophotometry (ICP-AES).
Sehingga dalam melakukan analisis logam berat
perlu dipertimbangkan faktor biaya yang
digunakan, kepraktisan alat, waktu yang
diperlukan, batas deteksi dan selektivitas
terhadap sampel. Diperlukan metode analisis
yang dapat mengatasi beberapa faktor yang bisa
menghambat analisis suatu sampel berdasarkan
spesi ionnya. Oleh karena itu, voltametri dipilih
sebagai alternatif karena memiliki seletivitas
yang tinggi, limit deteksi rendah yaitu pada skala
ppb, serta penggunaan yang mudah dan preparasi
sampel yang mudah [1].
Proses reduksi-oksidasi pada permukaan
elektroda merupakan metode dasar dari
voltametri. Material elektroda kerja yang
digunakan sangat mempengaruhi kinerja dari
metode voltametri. teknik stripping voltametry
yang memiliki keunggulan yaitu sensitivitas
yang sangat baik dan memiliki limit deteksi
hingga ke tingkat konsentrasi part per billion
atau ppb [2]. Sehingga perlu dilakukan inovasi
tentang pembuatan elektroda untuk menganalisis
suatu logam berat. Elektroda padat memiliki
rentang potensial anoda dan katoda yang luas
dan yang sering digunakan adalah eletroda pasta
karbon. Elektroda pasta karbon merupakan
elektroda yang murah dan sangat mudah untuk
diperbaruhi dan dibuat dalam bentuk kecil.
Untuk meningkatkan kinerja elektroda pasta
karbon maka dilakukan modifikasi dengan
material yang dapat meningkatkan keberhasilan
analisis suatu logam. Modifier yang digunakan
dalam meningkatkan selektivitas elektroda pasta
karbon merupakan suatu senyawa pekompleks.
Zeolit merupakan material padatan yang
dapat diaplikasikan sebagai adsorben, penukar
ion dan sekaligus dapat dijadikan katalis. Zeolit
memiliki selektivitas yang sangat baik, dimana
kation-kation dalam kerangka zeolit dapat
ditukar dan disubtitusikan tanpa merubah
struktur kerangka (isomorfis) dan dapat
menimbulkan gradien medan listrik dalam kanalkanal dan ruangan-ruangan zeolit [3]. Zeolit
merupakan mineral kristal yang terbentuk dari
tetrahedral [SiO4]4- dan [AlO 4]5- yang saling
terhubungkan
oleh
atom-atom
oksigen
disekelilingnya [3].
Berdasarkan dari Peraturan Menteri
Lingkungan Hidup Republik Indonesia Nomor 5
Tahun 2014 tentang baku mutu air limbah
menjelaskan bahwa kandungan ion logam Cd
(II) yang diperbolehkan pada air limbah adalah
0,08 mg/L. Dengan adanya dampak negatif yang
dihasilkan dari logam yang terkandung didalam
air limbah oleh karena diperlukan uji kualitas
dengan metode tertentu.
Pada penelitian ini dilakukan dengan
elektroda pasta karbon termodifikasi oleh zeolit
untuk menganalisis Cd (II) dengan metode cyclic
stripping voltametry pada sampel limbah salah
satu pabrik di daerah Mojokerto dengan standart
adisi. Pemilihan zeolit sebagai modifier elektroda
karena zeolit memiliki kemampuan sebagai
penukar ion dan memilliki seletivitas yang baik
untuk menjerat ion Cd (II) yang tergolong logam
berat.
METODE PENELITIAN
Rancangan penelitian
Penelitian ini merupakan pengaplikasian
elektroda pasta karbon yang dimodifikasi dengan
zeolit untuk analisis Cd (II) secara cyclic
stripping voltametry terhadap limbah salah sat
abrik di Mojokerto dengan metode standart adisi.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah
voltametri, elektroda platina, elektroda Ag/AgCl
(KCl jenuh), pH meter, timbangan analitis,
peralatan gelas, spatula, penjepit, kabel tembaga.
C - 28
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
Penentuan standart adisi larutan Cd2+
Penentuan standart adisi dilakukan dengan
cara membuat standart dari larutan Cd2+ yang
ditambahkan dengan 2 ml sampel kemudian
diencerkan dengan konsentrasi 5, 10, 20, 40 dan
80 ppm. Dan larutan standart kemudian diambil
25 ml larutan dan ditambahkan dengan larutan
KCl 50-100 kali lebih besar konsentrasinya dari
larutan analit utama dan ditambahkan dengan
larutan buffer sitrat pH 6. Dilakukan pengukuran
pada potensial -1V sampai 1V dengan waktu
deposisi 10 detik dan laju pindai 50 mV/detik.
Untuk mengetahui standart adisi yang dihasilkan
kemudian dibandingkan voltamogram yang
dihasilkan dan kemudian dibuat kurva standart
adisi dari larutan standart.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah : minyak parafin, serbuk karbon aktif,
zeolit, CdSO 4.8H2O, MnSO4.H2O, Padatan
Na3C6H5O7.2H2O, asam sitrat (C 6H8O7), Padatan
KCl, kabel kawat tembaga, limbah pabrik dan
aquades.
Pembuatan larutan standart adisi Cd2+
Pembuatan larutan standart Cd2+ dilakukan
dengan menggunakan metode standart adisi yaitu
dengan menambahkan sampel pada masingmasing konsentrasi adalah sebagai berikut :
1. Larutan induk Cd2+ 1000 ppm dibuat dengan
melarutkan garam sulfatnya CdSO4.8H2O
sebanyak 0,6846 gram dalam aquades hingga
volume larutan menjadi 100 mL.
2. Larutan Cd2+ 100 ppm dibuat dengan
mengencerkan 10 mL larutan induk kedalam
100 mL labu ukur dan kemudian diencerkan
dengan aquades sampai tanda batas.
3. Larutan Cd2+ 5 ppm dibuat dengan
mengencerkan 2,5 mL dari larutan Cd2+ 100
ppm dan ditambahkan 2 mL sampel kedalam
100 mL labu ukur dan kemudian diencerkan
dengan aquades sampai tanda batas.
4. Larutan Cd2+ 10 ppm dibuat dengan
mengencerkan 5 mL dari larutan Cd2+ 100
ppm dan ditambahkan 2 mL sampel kedalam
100 mL labu ukur dan kemudian diencerkan
dengan aquades sampai tanda batas.
5. Larutan Cd2+ 20 ppm dibuat dengan
mengencerkan 10 mL dari larutan Cd2+ 100
ppm dan ditambahkan 2 mL sampel kedalam
100 mL labu ukur dan kemudian diencerkan
dengan aquades sampai tanda batas.
6. Larutan Cd2+ 40 ppm dibuat dengan
mengencerkan 20 mL dari larutan Cd2+ 100
ppm dan ditambahkan 2 mL sampel kedalam
100 mL labu ukur dan kemudian diencerkan
dengan aquades sampai tanda batas.
7. Larutan Cd2+ 80 ppm dibuat dengan
mengencerkan 40 mL dari larutan Cd2+ 100
ppm dan ditambahkan 2 mL sampel kedalam
100 mL labu ukur dan kemudian diencerkan
dengan aquades sampai tanda batas.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam hal ini akan dilakukan pembahasan
mengenai penggunaan zeolit sebagai modifier
elektroda pasta karbon untuk analisis Cd (II)
secara cyclic stripping voltametry.
Pembuatan elektroda pasta karbon yang
dimodifikasi dengan zeolit adalah dengan
mencampurkan karbon, parafin, dan zeolit yang
telah diaktivasi dengan menggunakan asam dan
basa. Dalam pencampuran ketiga bahan-bahan
tersebut adalah dengan menggunakan komposisi
yang bervariasi dan penyusunan elektroda
dengan perbandingan yang sesuai dengan
kesetimbangan 3 fasa. Komposisi dengan
perbandingan karbon : minyak parafin : zeolit =
3:5:2 adalah komposisi elektroda yang
digunakan karena menghasilkan arus puncak
anodik dan arus puncak katodik yang besar dan
maksimal jika dibandingkan dengan elektroda
yang lain. Arus puncak anodik dan arus puncak
katodik yang besar dihasilkan karena komposisi
tersebut optimal dalam menyerap ion-ion Cd2+
pada larutan analit. Elektroda dengan komposisi
3:5:2 tidak akan mudah rusak dan akan lebih
mudah menjerat Cd2+. Dengan besarnya arus
puncak yang dihasilkan menunjukkan bahwa
zeolit dapat mengadsorpsi sebagian besar kationkation logam dan jenis-jenis ion logam berat
lainnya [4].
C - 29
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
Berdasarkan teori yang dijelaskan oleh
Nuryono dan Suyanta menjelaskan bahwa
Kadmium memiliki distribusi spesies yang
berubah bergantung dengan pH larutan, yaitu
Cd2+, CdOH+, Cd(OH)2, Cd(OH)3-, dan
Cd(OH)42-[5]. Distribusi spesies kadmium dalam
variasi pH untuk membentuk ion logam Cd2+
terletak pada pH 4 – 8. Kondisi pH optimum
yang digunakan untuk menganalisis ion logam
Cd2+ dengan menggunakan elektroda pasta
karbon yang dimodifikasi dengan zeolit adalah
pada pH 6.
Waktu deposisi optimum merupakan
tahapan deposisi atau prakonsentrasi dari analit
dan voltametri. Sehingga tahap prakonsentrasi
waktu deposisi berfungsi untuk meningkatkan
sensitivitas dan menurunkan limit deteksi [6].
Penentuan waktu deposisi dimaksudkan untuk
mengetahui pengaruh saat tahap deposisi
terhadap hasil dari voltamogram. Waktu deposisi
mempengaruhi kestabilan kompleks yang
terbentuk pada permukaan dari elektroda
terhadap sampel yang diujikan [7]. Waktu
deposisi selama 10 detik menunjukkan bahwa
ion kadmium yang menempel pada permukaan
elektroda sudah optimum dan akhir jenuh.
Pada pengukuran secara cyclic stripping
voltametry tinggi arus puncak dan lebar arus
puncak yang dihasilkan sangat dipengaruhi pada
kecepatan scan atau laju pindai. Laju pindai yang
rendah menyebabkan lapisan difusi menjadi tebal
sehingga arus puncak yang dihasilkan semakin
kecil dan transfer elektron pada elektroda
menjadi lebih lama dan terhambat [8]. Dan
besarnya lama laju pindai menjadikan lapisan
difusi menjadi tipis sehingga arus puncak yang
dihasilkan semakin besar dan transfer elektron
dalam elektroda menjadi lebih cepat [9].
Sehingga dari penelitian yang telah dilakukan
lama laju pindai yang optimum adalah 50
mV/detik untuk menganalisis ion logam
kadmium.
Penentuan standart adisi larutan Cd2+
dilakukan berdasarkan kinerja elektroda pasta
karbon yang dimodifikasi dengan zeolit yang
dibuat dengan komposisi 3:5:2. Pengkuran
dilakukan dengan menambahkan 2 ml sampel
dan diencerkan dengan berbagai konsentrasi.
Pada larutan standart ditambahkan dengan buffer
pH 6 dan dilakukan pada potensial -1V sampai
1V dengan waktu deposisi 10 detik dan laju
pindai 50 mV/detik.
Dibawah ini merupakan voltamogram
yang dihasilkan dari pengukuran larutan standart
adisi.
Gambar 1. Voltamogram komposisi elektroda
terbaik
Dari pengukuran standart adisi dengan
konsentrasi 5, 10, 20, 40 dan 80 ppm yang
dilakukan maka dihasilkan regresi sebesar
0.998356 dan persamaan linier y = - 0.00008133
- 0.0003386x. Dan dibawah ini merupakan kurva
standart yang dihasilkan.
Gambar 2. Kurva standart larutan Cd2+
Dari kurva tersebut didapatkan data
standart adisi larutan Cd2+ sebagai berikut.
Tabel 1. Puncak arus standart adisi
Konsentrasi Ipc (mA) Epc (mV)
5
-2.916
-0.539
10
-4.467
-0.582
20
-7.398
-0.674
C - 30
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
40
-13.402
-0.979
80
-28.369
-1.111
Ket: Tanda negatif merupakan puncak reduksi
dari pengukuran elektroda
5.
Dari data diatas menunjukkan bahwa
standart adisi yang dilakukan menghasilkan
persamaan y = -0.00008133 - 0.0003386x
dengan nilai regresi adalah 0,998356. Kemudian
arus puncak dilakukan perhitungan dengan
persamaan linier yang didapatkan dari kurva
standart sehingga dihasilkan konsentrasi sampel
yang terukur. Konsentrasi sampel tersebut
didapatkan sebesar 2,401 ppm. Kondisi
konsentrasi sampel tersebut merupakan 50x lebih
besar karena standart yang digunakan adalah
sebanyak 100 mL sedangkan ambang batas yang
diperbolehkan oleh pemerintah adalah sebesar
0,08 mg/L.
6.
7.
8.
9.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat
disimpulkan bahwa penentuan kadar ion logam
Cd2+ pada air limbah salah satu pabrik di
Mojokerto dengan menggunakan elektroda pasta
karbon yang dimodifikasi zeolit secara cyclic
stripping voltametry dengan metode standart
adisi didapatkan konsentrasi sampel yang diukur
sebesar -2,401 ppm dengan regresi 0,998356.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ensafi, A.A., Abbasi S., Mansour H.R., and
Baltork I.M., 2001, “Differential Pulse
Adsorption
Stripping
Voltametric
Determination of Copper(II) with 2Mercaptobenzimidazol at Hanging MercuryDrop Electrode”, Analytical Sciences, Vol.
17, 609-612.
2. Pebrianti, T. 2008. Elektroda Lapis Tipis
Bismut Pada Pasta Karbon Termodifikasi
Silika Untuk Analisis Pb 2+ dan Cd 2+ Secara
Voltametri. Bandung: Institut Teknologi
Bandung.
3. Smith, H. 1992. Analisis Regresi Terapan.
Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.
4. Adriany, Roza. 2012. Pemanfaatan Zeolit
Alam Termodifi kasi Kation Na + untuk
Penangkapan CO2. Pusat Penelitian dan
C - 31
Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas
Bumi “LEMIGAS”. Jakarta.
Nuryono, & Suyanta. 2004. Kajian Interaksi
Cd(II) Dengan Adsorben Tanah Diatomit
Pada Proses Adsorpsi. Indonesial Journal of
Chemistry, 4(2), 125-131.
Wang, J. 2000. Analytical Electrochemistry
Second Edition. New York: Wiley-VCH.
Apriliani, R. 2009. Studi Penggunaan
Kurkumin Sebagai Modifier Elektroda Pasta
Karbon Untuk Analisis Timbal (II) Secara
Stripping Voltammetry. Surakarta: Universitas
Sebelas Maret.
Setiarso, P. 2011. Pengembangan Elektroda
Amalgam Tembaga Padat (CuSAE) Untuk
Analisis Pestisida Secara Voltametri.
Bandung: Institut Teknologi Bandung.
Sulfani, Achmad dan Setiarso, Pirim. 2014.
Modifikasi
Elektroda
Pasta
Karbon
Menggunakan Kitosan untuk Analisis Ion
Cd2+ dengan Ion Penggangu Mn2+ dan Ni2+
Secara Cyclic Stripping Voltametry. Unesa
Journal Of Chemistry. Vol 3 (3)