EFEKTIVITAS PENYERAPAN LOGAM BERAT Cu DAN Cr OLEH

EFEKTIVITAS PENYERAPAN LOGAM BERAT Cu DAN Cr OLEH KARBON AKTIF
BONGGOL JAGUNG DAN KARBON AKTIF SEKAM PADI PADA AIR LINDI TPA
(TEMPAT PEMBUANGAN AKHIR) SAMPAH
Nidya Alverina B.R.S; Unggul P. Juswono; Lailatin Nuriyah
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Brawijaya – Malang, Indonesia
Email :[email protected]
Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang efektivitas penyerapan logam berat Cu dan Cr oleh karbon aktif
bonggol jagung dan karbon katif sekam padi pada air lindi TPA sampah. Diketahui bahwa karbon
aktif merupakan salah satu jenis bahan penyerap dan dapat dibuat dari bahan yang mememiki
kandungan karbon, diantaranya yaitu bonggol jagung dan sekam padi. Penelitian ini ingin
memanfaatkan karbon aktif yang dibuat dari bahan bonggol jagung dan sekam padi untuk digunakan
sebagai bahan penyerap (adsorben) pada air lindi di TPA Supit Urang Malang yaitu kandungan logam
berat Cu dan Cr.Pada penelitian ini menggunakan variasi waktu yaitu 15, 30, 45, 60 dan 75 menit.
Dari hasil percobaan diperoleh nilai kapasitas adsorpsi (q) maksimumpada waktu optimum yang
mampu dicapai oleh masing-masing karbon aktif dalam range waktu 15-75 menit. Pada karbon aktif
bonggol jagung diperoleh q=0,4631 mg/g pada 75 menit (Cu) dan q=0,2933 mg/g pada 60menit (Cr).
Sedangkan pada karbon aktif sekam padi diperoleh q=0,4303 mg/g pada 35 menit (Cu) dan q=0,1385
mg/g pada 75 menit (Cr).Dari hasil data tersebut menunjukkan bahwa efektivitas adsorpsi karbon
aktif bonggol jagung lebih baik dibandingan dengan adsorpsi karbon aktif sekam padi.Hasil ini
diperoleh dari percobaan menggunakan limbah buatan maupun limbah air lindi TPA.
Kata kunci : Air Lindi, Adsorpsi, Logam Berat Cu, Cr, Karbon Aktif, Bonggol Jagung, Sekam Padi
PENDAHULUAN
Pertumbuhan penduduk dan kemajuan
tingkat perekonomian di suatu kota secara
langsung mempengaruhi peningkatan jumlah
sampah. Sampah tersebut jika tidak dikelola
dengan baik maka akan mempengaruhi tigkat
kebersihan dan mencemari lingkungan kota,
yang pada akhirnya menurunkan tingkat
kesehatan masyarakat [12]. Salah satu alternatif
pengolahan sampah yaitu Tempat Pembuangan
Akhir (TPA) sampah. Namun kebanyakan dari
TPA yang ada ini hanya berfokus pada
pengolahan sampah saja. Padahal timbunan
sampah juga menghasilkan air lindi (leachate)
yang dapat mencemari lingkungan. Seandainya
sudah ada unit pengolahannya pun unit
pengolahan tersebut masih bersifat apa adanya
[6].
Air
lindi(leachate)
kaya
akan
kandungan bahan organik, anorganik dan
mikroorganisme selain itu air lindi juga
mengandung logam berat cukup tinggi [1].
Sehingga apabila air lindi tersebut tidak diolah
dan langsung dibuang akan mencemari
lingkungan yaitu mencemari air tanah maupun
air permukaan. Dengan demikian harus
dilakukan upaya pengolahan air lindi sebelum
akhirnya dibuang yaitu dengan menghilangkan
kandunganberbahaya, salah satunya yaitu
kandungan logam berat. Salah satu cara untuk
mengatasi pencemaran air akibat logam berat
yaitu dengan adsorpsi menggunakan karbon
aktif.
Unsur logam berat adalah unsur yang
mempunyai densitas lebih dari 5 gr/cm3[13].
Logam berat yang masuk kedalam jaringan
tubuh akan terakumulasi. Jika jumlah logam
berat melebihi batas maksimum dapat
mengganggu kesehatan tubuh. Logam berat
dapat masuk kedalam tubuh manusia yaitu
dengan melalui beberapa cara, diantaranya
adalah melalui saluran pernafasan, pencernaan
dan penetrasi kulit[5].
Timbal (Pb) adalah logam berat yang
berwarna kelabu kebiruan [2] dan merupakan
salah stau logam berat non-essensial.Keracunan
Pb yang akut dapat menimbulkan gangguan
fisiologis dan efek keracunan yang kronis pada
anak yang sedang mengalamai tumbuh
kembang akan menyebabkan gangguan
pertumbuhan fisik dan mental [13].
Tembaga (Cu) merupakan jenis logam
berat essensial. Tembaga penting dalam
pembentukan hemoglobin, berperan dalam
metabolisme oksigen dan sistem enzim (misal
sitrokromosidae yang berperan dalam oksidasi
fosforilasi), serta merupakan zat pigmen pada
bulu [5]. Namun dalam jumlah besar akan
dapat menimbulkan rasa tidak enak pada lidah,
selain itu dapat menyebabkan kerusakan pada
hati.
Kromium (Cr) terdapat dalam sistem
anorganik dalam beberapa bentuk kimia. Hanya
Cr(III) dan Cr(VI) yang penting dalam sistem
biologis[3]. Kromium merupakan salah satu
jenis
logam
berat
essensial.
Kromiummerupakan komponen aktif dari GTF
(faktor toleransi glukosa) dan memiliki efek
menguntungkan pada mekanisme regulasi gula
darah. Kromium membantu mengatur kadar
gula darah dengan menggandeng insulin dalam
memfasilitasi penyerapan glukosa ke dalam
sel[3].Namun, konsentrasi unsur kromium yang
melibihi standar maksimum yang ditetapkan
pada air minum akan dapat menyebabkan
kanker kulit dan alat-alat pernafasan [15].
Karbon merupakan suatu padatan
berpori yang mengandung 85-95 % senyawa
karbon. Selain untuk bahan bakar, karbon dapat
digunakan sebagai penyerap. Kemampuan
penyerapan karbon tergantung dengan luas
pemukaan dan dapat ditingkatkan jika karbon
diaktivasi. Karbon aktif dapat dibuat dari bahan
yang mengandung karbon, baik bahan organik
maupun anorganik[12].
Bonggol jagung dan sekam padi
merupakan limbah yang dihasilkan dari hasil
pertanian. Bonggol jagungmemiliki kandungan
senyawa berkarbon yaitu selulosa (41%) dan
hemiselulosa (36%) [8], sedangkan sekam padi
memiliki kandungan senyawa berkarbon
selulosa 28-36 % dan hemiselulosa 12%
[9].Sehingga
kedua
bahan
ini
dapat
dimanfaatkan untuk pembuatan karbon aktif.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini menghasilkan grafik
hubungan antara persentase penyerapan (%)
terhadap perubahan waktu (menit). Pada
penelitian ini dihasilkan waktu optimum
penyerapan ion logam oleh karbon aktif
(bonggol jagung dan sekam padi) pada limbah
buatan. Waktu optimum yang dihasilkan pada
adsorpsi karbon aktif bonggol jagung adalah
75 menit (Cu), dan 60 menit (Cr). Sedangkan
pada adsorpsi karbon aktif sekam padi adalah
75 menit (Cu) dan 75 menit (Cr). Pada masingmasing waktu optimum ini dihitung kapasitas
adsorpsi sebagai kapasitas adsorpsi maksimum,
dengan menggunakan Pers.1.
METODE PENELITIAN
Peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini yaitu tanur, oven, shaker,
stopwatch, blender, timbangan, pH meter,
ayakan 100 mesh, kertas saring dan erlenmeyer.
Sedangkan, bahan-bahan yang digunakan
dalam
penelitian
ini
adalah
serbuk
CuSO4.5H2O, K2CrO4, aquades, HCl 4M,
sekam padi dan bonggol jagung.
Penelitian
ini
bertempat
di
Laboratorium Material Jurusan Fisika dan
Laboratorium Biokimia Jurusan Kimia
Universitas Brawijaya, Malang. Dalam
penelitian ini pertama-tama yang dilakukan
adalah pembuatan karbon aktif berbahan baku
bonggol jagung dan sekam padi. Tahapan
pembuatan karbon aktif adalah dehidrasi,
karbonisasi dan aktivasi. Pada tahapan
dehidrasi, bahan baku dikeringkan dibawah
sinar matahari selama dua hari. Pada tahapan
karbonisasi, bonggol jagung ditanur pada suhu
650oC selama 30 menit, sedangkan sekam padi
ditanur pada suhu 400oC selama 120 menit.
Selanjutnya pada tahapan aktivasi, kedua bahan
diaktivasi dengan aktivasi kimia menggunakan
larutan HCl 4M. Masing-masing hasil karbon
aktif yang diperoleh dilakukan uji kadar air dan
kadar abu. Setelah itu dilakukan pembuatan
larutan logam Cu dan Cr sebesar 15 ppm dan
pengambilan air lindi di TPA Supit Urang
Malang. Setelah semua tahapan selesai,
pengocokan karbon aktif dalam larutan logam
berat (batch) siap dilaksanakan. Batch pada
larutan limbah logam buatan dilakukan dengan
menggunakan variasi waktu yaitu 15, 30, 45, 60
dan 75 menit, sedangkan batch pada air lindi
digunakan waktu optimum dari hasil percobaan
dengan menggunakan limbah buatan.
=
(Pers. 1)
Keterangan :
q
: Kapasitas adsorpsi (mg/g)
Co
: Konsentrasi larutan awal (mg/L)
C1
: Konsentrasi larutan setelah adsorpsi
(mg/L)
m
: massa adsorben (gr)
V
: volume larutan (L)
Adsorpsi Logam Cu oleh Karbon Aktif
Bonggol Jagung dan Karbon Aktif Sekam
Padi
% Penyerapan (%)
100 y=2 86,89 (1-exp(-0,13x))
R = 0,99
80
60
y=92,75 (1-exp(-0,05x))
40
R2=0,99
20
0
0
15
30
45
60
75
Waktu (menit)
Bonggol Jagung
Sekam Padi
% Penyerapan (%)
Gambar 1.Grafik persentase adsorpsi logam
Cu karbon aktif bonggol jagung dan karbon
aktif sekam padi
30
25
20
15
10
5
0
Adsorpsi Logam Cr oleh Karbon Aktif
Bonggol Jagung dan Karbon Aktif Sekam
Padi
y=25,70 (1- exp(-0,04x))
R2=0,98
y=18,16 (1-exp(-0,08x))
R2=0,98
0
15
30
45
60
75
Waktu (menit)
Bonggol Jagung
Sekam Padi
Pada adsorpsi Cu massa karbon aktif
bonggol jagung dan karbon aktif sekam padi
digunakan 3 gr, sedangkan pada adsorpsi Cr
karbon aktif bonggol jagung menggunakan 1 gr
dan karbon aktif sekam padi menggunakan 3
gr. Dari Pers. 1 diperoleh kapasitas maksimum
dari masing-masing bahan, diantaranya pada
karbon aktif bonggol jagung diperoleh
q=0,4631 mg/g (Cu) dan q=0,2933 mg/g (Cr).
Sedangkan pada karbon aktif sekam padi
diperoleh q=0,4303 mg/g (Cu) dan q=0,1385
mg/g (Cr). Dari hasil data tersebut diperoleh
kapasitas
adsorpsi
maksimum
terbesar
adalahadsorpsi pada karbon aktif bonggol
jagung untuk semua logam. hal ini menunjukan
bahwa efektivitas karbon aktif bonggol jagung
lebih baik dibandingkan dengan karbon aktif
sekam padi.
Hasil data adsorpsi pada air lindi
diperoleh efektivitas yang paling baik adalah
adsorpsi yang dilakukan oleh karbon aktif
bonggol jagung.Hasil ini sesuai dengan
percobaan dengan menggunakan limbah
buatan. Hal ini dikarenakan kandungan
senyawa karbon bonggol jagung lebih besar
dibandingkan dengan yang ada pada sekam
padi. Selain itu, massa jenis dari karbon aktif
bonggol jagung lebih kecil dibandingankan
dengan massa jenis karbon aktif sekam padi.
Gambar 2.Grafik persentase adsorpsi logam Cr
karbon aktif bonggol jagung dan karbon aktif
sekam padi
Persentase sisa ion logam (%)
Adsorpsi Ion Logam Air Lindi oleh Karbon Aktif Sekam
Padi & Karbon Aktif Bonggol Jagung
120
100
80
60
40
20
0
1 Cr
kontrol
Cu2
Logam Berat
bonggol jagung
3
Pb
sekam padi
Gambar 3. Grafik adsorpsi logam berat pada air lindi oleh karbon aktif
Proses adsorpsi ion logam oleh karbon aktif
Pada
hasil
penilitian
diperoleh
konsentrasi logam yang menurun pada larutan
seiring dengan lamanya waktu perendaman
oleh karbon aktif. Hal ini dikarenakan adanya
proses adsorpsi ion logam yang dilakukan oleh
karbon katif. Penurunan konsentrasi logam
berat terjadi sebelum karbon aktif mengalami
kejenuhan yaitu mencapai keadaan dimana
karbon aktif tidak dapat menyerap lagi molekul
logam berat. Adsorpsi adalah pengikatan
molekul atau partikel ke sebuah permukaan zat
padat [4].
Proses adsorpsi pada karbon aktif
terjadi karena adanya gaya Van der Waals.
Atom pada permukaan zat padat seperti karbon
aktif memiliki gaya yang tidak seimbang
dibandingkan dengan susunan atom pada zat
padat secara umum. Sehingga, molekul asing
akan
berusaha
untuk
memenuhiketidakseimbangan inibisa tertarikke
permukaan karbon aktif. Adsorbat (ion logam)
membentuk
sebuah
lapisan
tunggal
(monolayer) pada permukaan adsorban[10]. Ion
logam berdifusi menuju pori-pori karbon
aktifkarena adanya perbedaan konsentrasi
adsorbat yang terdapat pada larutan dengan
pori-pori karbon.
Ion logam yang terlarut dalam air
mengalami ikatan dengan molekul air (H2O).
Ion logam akan terbungkus atau dikelilingi oleh
molekul air (H2O) yang disebut dengan
tersolvansi. Ion yang terlarut dengan molekul
air (H2O) yang mengelilinginya terjadi ikatan
ion dwi-kutub, sehingga keduanya akan
menjadi satu kesatuan [11].
Pada saat ion logam yang tersolvansi
menempel pada permukaan karbon aktif, maka
akan terjadi ikatan dipol-dipol induksian. Ikatan
dipol-dipol induksian merupakan ikatan yang
terjadi antara molekul nonpolar dengan
molekul polar. Karbon aktif merupakan
molekul nonpolar, sedangkan molekul air
(H2O) merupakan molekul polar. Selain itu
juga terjadi gaya London. Kedua gaya ini
merupakan jenis dari gaya van der waals.
Proses ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Ikatan antara permukaan karbon
aktif dengan ion logam
KESIMPULAN
Karbon aktif merupakan bahan
penyerap, salah satunya yaitu sebagai penyerap
ion logam berat. Dari percobaan menunjukan
bahwa semakin lama karbon aktif berinteraksi
dalam larutan dengan kontaminasi logam berat,
semakin berkurang kandungan logam berat
disaat sebelum karbon aktif mengalami
kejenuhan. Dari hasil percobaan diperoleh
kapasitas adsorpsi (q) maksimum dan waktu
optimum yang mampu dicapai oleh masingmasing karbon aktif dalam range waktu 15-75
menit, Pada karbon aktif bonggol jagung
diperoleh q=0,4631 mg/g pada 75 menit (Cu)
dan q=0,2933 mg/g pada 60menit (Cr).
Sedangkan pada karbon aktif sekam padi
diperoleh q=0,4303 mg/g pada 35 menit (Cu)
dan q=0,1385 mg/g pada 75 menit (Cr). Dari
hasil data tersebut menunjukkan bahwa
efektivitas adsorpsi karbon aktif bonggol
jagung lebih baik dibandingan dengan adsorpsi
karbon aktif sekam padi. Hasil ini diperoleh
dari percobaan menggunakan limbah buatan
maupun limbah air lindi TPA.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ali, Munawar. 2011. Rembesan Air Lindi
(Leachate) Dampak Pada Tanaman
Pangan Dan Kesehatan. Surabaya.
UPN Press
[2] Anies. 2006. Waspada Ancaman Penyakit
Tidak Menular : Solusi Pencegahan
dari Aspek Perilaku dan Lingkungan.
Jakarta. PT Elex Media Komputindo
[3] Bielicka, A., I. Bojanowska, A.
Wiśniewski. 2005. Sequential
Extraction of Chromium from Galvanic
Wastewater Sludge. Polish Journal of
Environmental Studies Vol. 14, No. 2
(2005), 145-148
[4] Cheremisinoff, Nicholas P. 2002. Handbook
of Water and Wastewater Treatment
Technologies.
USA. ButterworthHeinemann
[5] Darmono. 1995. Logam Dalam Sistem
Biologi Makhluk Hidup. Jakarta. UI
Press
[6] Darmono, 2001. Lingkungan Hidup dan
Pencemaran (Hubungannya dengan
Toksikologi Senyawa Logam). Jakarta.
Universitas Indonesia Press
[7]
Hadiwidodo, Mochtar, Wiharyanto
Oktiawan, Alloysius Riza Primadani,
BernadetteNusye
Parasmita,
Dan
Ismaryanto
Gunawan.
2012.
Pengolahan Air Lindi Dengan Proses
Kombinasi Biofilter Anaerob-Aerob
Dan Wetland.Jurnal Presipitasi. Vol. 9
No.2 September 2012, Issn 1907-187
[8] Lorenz Kj, Kulp K. 1991. Handbook Of
Cereal Science And Technology. New
York: Marcel Dekker.
[9] Luh, B. S., Barber, S., and De Barber, C.B.,
1991. Rice Bran: Chemistry and
Technology. Rice Production and
Utilization. Vol II, Van Nostrand
Reinhold, New York
[10] Manocha, Satish M. 2003. Porous Carbon.
India. Sadhana Vol. 28, Part 1 & 2
p.335-348
[11]Oxtoby, D. W. 2001. Kimia Modern.
Erlangga. Jakarta
[12] Rumidatul A. 2006. Efektivitas Arang Aktif
sebagai Adsorben pada Pengolahan
Air
Limbah.Sekolah
Pascasarjana
Institute Pertanian. Bogor.
[13] Saleh, Chairil. 2012. Studi Perencanaan
Instalasi Pengolahan Limbah Lindi
Sebagai Kontrol Pemenuhan Baku
Mutu Sesuai Kepmen 03/91 (Studi
Kasus Pada Tpa Supit Urang
Malang).Media Teknik Sipil, Volume
10, Nomor 2, Agustus 2012: 87 - 94
[14] Sudarmaji, J. Mukono Dan Corie I.P.
2006. Toksikologi Logam BeratB3dan
DampaknyaTerhadap
Kesehatan.
Jurnal Kesehatan Lingkungan, Vol. 2,
No. 2, Januari 2006:129-142
[15] Sutrisno, Totok Dan Eni Susiastuti. 1996.
Teknologi Penyediaan Air Bersih.
Jakarta. PT Rineka Cipta