HALAMAN JUDUL MODIFIKASI ADSORBEN DARI ABU VULKANIK

HALAMAN JUDUL
MODIFIKASI ADSORBEN DARI ABU VULKANIK GUNUNG KELUD
DENGAN HNO3 DAN UJI ADSORPTIVITASNYA TERHADAP
ION LOGAM Ni(II) DAN Zn(II) DALAM LIMBAH CAIR
INDUSTRI ELEKTROPLATING
TUGAS AKHIR SKRIPSI
Diajukan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan guna Memperoleh
Gelar Sarjana Sains
Oleh :
Nurul Islam Miyati
NIM 13307144002
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2017
i
MODIFIKASI ADSORBEN DARI ABU VULKANIK GUNUNG KELUD
DENGAN HNO3 DAN UJI ADSORPTIVITASNYA TERHADAP
ION LOGAM Ni(II) DAN Zn(II) DALAM LIMBAH CAIR
INDUSTRI ELEKTROPLATING
Oleh:
Nurul Islam Miyati
NIM 13307144002
ABSTRAK
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakter gugus fungsi, porositas,
kadar air dan keasaman adsorben, daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben
terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating,
serta pH optimum adsorpsi.
Subjek penelitian ini adalah abu vulkanik gunung kelud. Objek penelitian
ini adalah karakter adsorben hasil sintesis meliputi gugus fungsi, porositas,
keasaman dan kadar air adsorben, serta efisiensi dan daya adsorpsi adsorben.
Metode pembuatan adsorben adalah metode sol gel. Asam yang digunakan pada
sintesis adsorben adalah asam nitrat 3M. Kondisi pH pada pengujian efisiensi dan
daya adsorpsi yaitu 1, 2, 4, 6, dan 8, dengan jenis ion logam yang diadsorpsi yaitu
ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi produksi adsorben sebanyak
63,73%. Karakter spektra FTIR adsorben hasil sintesis memiliki kemiripan
dengan kiesel gel 60G. Karakter porositas menunjukkan adsorben hasil sintesis
memiliki luas permukaan 144,744 m2/g, volume total pori 0,771 cm3/g dan jarijari ukuran pori 106,54 Å. Nilai keasaman adsorben hasil sintesis adalah 5,6859
mmol/gram dan kadar air adalah 9%. Kondisi pH optimum dalam pengujian
adsorpsi adalah pH 6 dengan daya adsorpsi terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II)
secara berurutan adalah 1,44462 mg/g dan 0,01509 mg/g, sedangkan efisiensi
adsorpsi secara berurutan adalah 57,98% dan 2,73%.
Kata kunci: Adsorben, adsorpsi, ion logam Ni(II) dan Zn(II), pH
ii
MODIFICATION OF ADSORBENT FROM KELUD VOLCANIC ASH
USING HNO3 FOR ADSORPTION OF NICKEL(II) AND ZINC(II)
METAL IONS IN THE ELECTROPLATING WASTE
Author:
Nurul Islam Miyati
NIM 13307144002
ABSTRACT
The goal of the research is to find out the functional group, the porosity,
the acidity, the water content of synthesized adsorbent, the adsorption capacity,
the efficiency of adsorption, and optimum pH of adsorption synthesized adsorbent
on Ni(II) and Zn(II) metal ions from the electroplating wastewater.
The subject was Kelud volcanic ash. The object was the charateristic of
synthesized adsorbent include the functional group in the chemical structure, the
porosity, the acidity, and the water content. Furthermore, the object is to
investigate the efficiency and the capacity of synthesized adsorbent in the removal
of Ni(II) and Zn(II) metal ions from the electroplating wastewater. The method
that used in the research was sol gel method. The acid that used for the synthesis
of adsorbent was nitrate acid with 3M concentration. The effect of pH on Ni and
Zn metal ions sorption were studied by varying the pH from 1, 2, 4, 6, and 8.
The result showed that the production efficiency of synthesized adsorbent
was 63.73%. Based on the FTIR spectra data that showing a similar pattern to
kiesel gel 60G produced by Merck. The characteristic of porosity showed that
synthesized adsorbent has the surface area was 144.744 m2/g, the pore volume
was 0.771 cm3/g and the radius size pore was 106.54 Å. The acidity of
synthesized adsorbent was 5.6859 mmol/gram. The water content was 9%. The
optimum pH of adsorption of Ni(II) and Zn(II) was obtained at pH 6 with
adsorption capacity of Ni(II) and Zn(II) ions were 1.44462 mg/g and 0.01509
mg/g respectively. The adsorption efficiency of Ni(II) and Zn(II) ions were
57.98% and 2.73% respectively.
Keyword: Adsorbent, adsorpstion, Ni(II) metal ions and Zn(II) metal ions, pH
iii
SURAT PERNYATAAN
iv
LEMBAR PERSETUJUAN
v
HALAMAN PENGESAHAN
vi
MOTTO
“...Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum
mereka mengubah keadaan diri mereka sendiri...” (QS. Ar-Ra‟du : 11)
“Bersemangatlah atas hal-hal yang bermanfaat bagimu. Minta tolonglah pada
Allah, jangan engkau lemah.” (HR. Muslim)
“Jika kamu tidak kuat menanggung lelahnya belajar, maka kamu akan
menanggung perihnya kebodohan.” (Imam Syafi‟i)
“Bila kita bertemu dengan rintangan, Hadapi semua sebagai tantangan,
Bila kita berjumpa dengan himpitan, Yakinlah Allah akan hadirkan kelapangan,
Dan bila kita bersua dengan kesulitan, Niscaya Allah sudah siapkan kemudahan,
Pantang mengaku kalah meski harus berteman lelah,
Pantang mengeluh meski harus berkawan peluh,
Pantang mundur meski semangat mulai mengendur,
Pantang putus asa meski tubuh seakan tak kuasa,
Pantanglah menyerah hingga akhir usia.”
(Ustadzah Rochma Yulika, dalam bukunya Wahai Muslimah Jangan Menyerah)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Alhamdulillahi rabbil „alamin. Segala puji hanya bagi Allah yang Maha
Menghukumi segala sesuatunya, Maha Berkehendak atas segala yang Dia
kehendaki, tiada cela atas ketetapanNya, Dialah Allah Yang Maha Berkuasa atas
hamba-hambaNya.
Karya kecil ini penulis persembahkan teruntuk:
1. Ayah dan Ibu, yang tiada henti mendoakan, mendukung dan meridhoi
langkah ini.
2. Kakak terkasih, yang senantiasa membimbing dan mengingatkan agar selalu
melibatkan Allah dalam perjuangan ini, karena Dialah sebenar-benarnya
Eksekutor, atas ikhtiar dan doa hamba-hambaNya.
3. Ummu Sulayman, sang murabbi, dan akhwat-akhwat halaqah tarbiyah (Mbak
Isti, Mbak Dede, Mbak Puji, Mbak Putu, Mbak Fitri, Mbak Ira, Mbak April,
Mbak Lina, Mbak Munika, Hukma, dan Eni), jazakunnallahu khayr atas
semangat dan nasihatnya.
4. Teman seperjuangan, calon bidadari Surga insyaaAllah (Asiah, Eka, Fifi,
Fitri) jazakunnallahu khayr sudah banyak membantu, menemani dan
menghibur selama perjalanan pencapaian ini.
5. Teman-teman Kimia E 2013, terimakasih atas dukungan, saran dan
bantuannya.
6. Semua pihak yang tak bisa disebutkan satu per satu,..Syukron 
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya bagi Allah atas segala Rahmat dan Karunia-Nya
sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir Skripsi ini.
Penyusunan laporan ini dapat diselesaikan berkat bantuan, bimbingan dan
pengarahan dari berbagai pihak, maka dari itu pada kesempatan ini penyusun
menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta.
2. Bapak Drs. Jaslin Ikhsan, M.App.Sc., Ph.D selaku Ketua Jurdik
Pendidikan Kimia dan Ketua Prodi Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta.
3. Bapak Crys Fajar Partana, M.Si. selaku Dosen Penasehat Akademik.
4. Ibu Susila Kristianingrum, M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama
Tugas Akhir Skripsi.
5. Ibu Dra. Regina Tutik Padmaningrum, M.Si selaku Penguji Utama
Sidang Tugas Akhir Skripsi.
6. Ibu Sulistyani, M.Si selaku Penguji Pendamping Sidang Tugas Akhir
Skripsi.
7. Seluruh pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satu persatu yang
telah membantu dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir Skripsi ini.
Penyusun menyadari terdapat banyak kekurangan baik dalam pelaksanaan
maupun penyusunan laporan ini. Oleh karena itu, penyusun mengucapkan
terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam
menyusun laporan ini. Laporan ini diharapkan bermanfaat dan dapat menjadi
referensi bagi para mahasiswa.
Yogyakarta, 26 Mei 2017
Penyusun,
Nurul Islam Miyati
NIM 13307144002
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
ABSTRAK ............................................................................................................. ii
SURAT PERNYATAAN ..................................................................................... iii
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iv
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... v
MOTTO ............................................................................................................... vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI .......................................................................................................... x
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
A.
Latar Belakang .......................................................................................... 1
B.
Identifikasi Masalah .................................................................................. 3
C.
Pembatasan Masalah ................................................................................ 4
D.
Perumusan Masalah .................................................................................. 4
E.
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5
F.
Manfaat Penelitian .................................................................................... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA ................................................................................ 7
A.
1.
Deskripsi Teori .......................................................................................... 7
Deskripsi Abu Vulkanik gunung kelud ................................................ 7
x
2.
Metode Sol Gel ........................................................................................ 8
3.
Adsorben Silika Gel ................................................................................ 8
4.
Adsorpsi ................................................................................................. 10
5.
Limbah Elektroplating......................................................................... 12
6.
Logam Zink ........................................................................................... 13
7.
Logam Nikel .......................................................................................... 13
8.
Spektrofotometer FTIR ....................................................................... 14
9.
Spektrofotometer Serapan Atom ........................................................ 17
10.
Gas Surface Analyzer ....................................................................... 18
B.
Penelitian Yang Relevan ......................................................................... 22
C.
Kerangka Berfikir ................................................................................... 24
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 26
A.
Subjek dan Objek Penelitian .................................................................. 26
B.
Teknik Pengambilan Sampel .................................................................. 26
C.
Variabel Penelitian .................................................................................. 26
D.
Alat dan Bahan ........................................................................................ 27
E.
Prosedur Penelitian ................................................................................. 28
F.
Teknik Analisis Data ............................................................................... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 33
A.
Hasil Penelitian ........................................................................................ 33
B.
Pembahasan ............................................................................................. 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 65
A.
Kesimpulan .............................................................................................. 65
xi
B.
Saran ......................................................................................................... 65
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 67
xii
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 1. Kandungan Abu Vulkanik gunung kelud................................................ 7
Tabel 2. Klasifikasi Lunak-Keras Asam-Basa Lewis ......................................... 12
Tabel 3. Sifat Kimia Logam Zn .......................................................................... 13
Tabel 4. Sifat Kimia Logam Ni ........................................................................... 14
Tabel 5. Korelasi Inframerah Gugus Fungsional Senyawa Organo-Silikon ....... 15
Tabel 6. Kondisi Analisis Unsur Ni dan Zn ........................................................ 18
Tabel 7. Data Keasaman dan Kadar Air Adsorben Hasil Sintesis dan Kiesel Gel
60G ....................................................................................................... 33
Tabel 8. Interpretasi Spektra Kiesel gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis
(ADHNO3) ............................................................................................ 34
Tabel 9. Porositas Adsorben Hasil Sintesis ........................................................ 35
Tabel 10. Interpretasi Spektra Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan
Sesudah Adsorpsi pada pH optimum.................................................... 36
Tabel 11. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair
Industri Elektroplating oleh Adsorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60
G ........................................................................................................... 37
Tabel 12. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair
Industri Elektroplating oleh Adasorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60
G ........................................................................................................... 38
Tabel 13. Interpretasi FTIR Abu Sebelum dan Sesudah dicuci dengan HCl
0,1 M..................................................................................................... 46
Tabel 14. Kondisi untuk analisis AAS logam Ni dan Zn ...................................... 88
xiii
Tabel 15. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Ni(II) ............. 89
Tabel 16. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar
Ni(II) ..................................................................................................... 90
Tabel 17. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Zn(II) ............ 92
Tabel 18. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar
Zn(II) .................................................................................................... 93
Tabel 19. Daftar r nilai koefisien korelasi ............................................................. 96
Tabel 20. Nilai F pada Taraf 5% dan 1% .............................................................. 97
xiv
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 1. Skema Kerja Alat Spektrofotometer FTIR ........................................... 16
Gambar 2. Proses Serapan Atom .............................................................................. 17
Gambar 3. Contoh Data Grafik yang dihasilkan dari Analisa GSA ..................... 20
Gambar 4. Spektra FTIR Kiesel Gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis
(ADHNO3)............................................................................................... 34
Gambar 5. Spektra FTIR Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan
Sesudah Adsorpsi .................................................................................... 35
Gambar 6. Kurva Standar Larutan Ni(II) ................................................................. 36
Gambar 7. Kurva Standar Larutan Zn(II) ................................................................ 37
Gambar 8. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh
Adsorben kiesel gel 60G pada berbagai pH ........................................ 38
Gambar 9. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh
Adsorben Hasil Sintesis dengan HNO3 (ADHNO3) pada berbagai pH
......................................................................................................... 39
Gambar 10. Model Mekanisme Reaksi Pembentukan Natrium Silikat ............... 41
Gambar 11. Mekanisme Reaksi Pembentukan Monomer Asam Silikat .............. 43
Gambar 12. Mekanisme Pembentukan Gel. ......................................................... 43
Gambar 13. Proses Pembentukan Alkogel (Brinker & Scherer, 1990: 102) ....... 44
Gambar 14. Spektra FTIR Abu Vulkanik gunung kelud Sebelum dan Sesudah
dicuci dengan HCl 0,1 M ................................................................. 45
Gambar 15. Reaksi Adsorben Hasil Sintesis dengan Basa NaOH ....................... 48
Gambar 16. Lapisan Molekul Air dalam Silika Gel ............................................ 50
xv
Gambar 17. Reaksi Pelepasan Air pada Silika Gel .............................................. 51
Gambar 18. Pengikatan Ion Hidrogen oleh Gugus Fungsi pada Permukaan
Adsorben .......................................................................................... 56
Gambar 19. Distribusi Spesies Ion Logam Ni(II) ................................................ 57
Gambar 20. Distribusi Spesies Ion Logam Zn(II) ................................................ 57
Gambar 21. Reaksi antara Gugus Silanol pada Permukaan Adsorben dan Ion
Logam dalam Larutan dengan pH Asam ......................................... 58
Gambar 22. Reaksi antara Gugus Siloksan pada Permukaan Adsorben dan Ion
Logam dalam Larutan dengan pH Asam ......................................... 58
Gambar 23. Pemutusan Proton pada Permukaan Silanol ..................................... 59
Gambar 24. Reaksi antara Gugus Fungsi Silanol pada Permukaan Adsorben
dengan Ion Logam pada pH 4-6 ...................................................... 60
Gambar 25. Reaksi antara Gugus Fungsi Siloksan pada Permukaan Adsorben
dengan Ion Logam pada pH 4-6 ...................................................... 60
Gambar 26. Radius skematis ion yang terhidrasi dengan medan elektrostatis (a)
tinggi (b) rendah............................................................................... 62
Gambar 28. Kurva Standar Larutan Ni(II) ........................................................... 89
Gambar 29. Kurva Standar Larutan Zn(II) .......................................................... 93
Gambar 30. Spektra FTIR Abu kelud ................................................................ 116
Gambar 31. Spektra FTIR Adsorben hasil sintesis ............................................ 116
Gambar 32. Spektra FTIR Kiesel gel 60G ......................................................... 117
Gambar 33. Spektra FTIR adsorben hasil sintesis setelah adsorpsi pada pH 6 . 117
Gambar 34. Spektra FTIR kiesel gel 60G setelah adsorpsi pada pH 6 .............. 118
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
HALAMAN
Lampiran 1.
Perhitungan Efisiensi Produktivitas Silika Gel Hasil Sintesis ........ 73
Lampiran 2.
Pembuatan Larutan Asam Nitrat dengan Konsentrasi 3 M ............. 74
Lampiran 3.
Standarisasi Larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M .......................... 75
Lampiran 4.
Penentuan Keasaman Adsorben.......................................................... 79
Lampiran 5.
Data Perhitungan Keasaman Adsorben ............................................. 81
Lampiran 6.
Penentuan Kadar Air Adsorben .......................................................... 82
Lampiran 7.
Data Perhitungan Kadar Air Adsorben .............................................. 85
Lampiran 8.
Pembuatan larutan induk Ni(II) 1000 ppm dan larutan standar
Ni(II) berbagai konsentrasi .................................................................. 86
Lampiran 9.
Pembuatan larutan induk Zn(II) 1000 ppm dan larutan standar
Zn(II) berbagai konsentrasi ................................................................. 87
Lampiran 10. Kondisi analisis ion logam dengan Spektrofotometer Serapan
Atom .............................................................................................. 88
Lampiran 11. Penentuan Persamaan Garis Regresi Linear larutan Standar Ni(II)
dan Zn(II)....................................................................................... 89
Lampiran 12. Penentuan Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II)
dan Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh
Adsorben Hasil Sintesis ................................................................. 98
Lampiran 13. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam
Limbah Cair Industri Elektroplating ........................................... 104
xvii
Lampiran 14. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam
Limbah Cair Industri Elektroplating ........................................... 105
Lampiran 15. Data hasil AAS Ion Logam Ni(II) dan Zn(II).............................. 106
Lampiran 16. Diagram Kerja ............................................................................. 108
Lampiran 17. Dokumentasi selama penelitian ................................................... 113
xviii
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Limbah industri elektroplating merupakan limbah yang dihasilkan dari
proses pelapisan padatan dengan logam menggunakan arus listrik melalui larutan
elektrolit. Limbah cair elektroplating mengandung logam-logam berat, seperti
Ni(II) dan Zn(II) (Marwati, Padmaningrum & Marfuatun, 2007: 1). Kadar Ni(II)
dalam limbah elektroplating relatif cukup besar dibanding dengan logam-logam
berat lainnya, yaitu 25,955 ppm, sedangkan kadar Zn(II) sebesar 20,982 ppm
(Padmaningrum & Marwati, 2008: 87). Pada Keputusan Menteri Negara
Lingkungan Hidup No.KEP-51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair
bagi kegiatan industri disebutkan bahwa batas maksimum pencemaran logam
Ni(II) 1,0 mg/L dan logam Zn(II) 1,0 mg/L. Berdasarkan keputusan tersebut,
diketahui kadar Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair elektroplating berada di atas
batas maksimum yang diperbolehkan.
Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menangani limbah ion
logam berbahaya secara umum termasuk ion logam Ni(II) dan Zn(II) adalah
metode pengendapan, evaporasi, elektrokimia, dan adsorpsi (Lelifajri, 2010:
126). Metode adsorpsi merupakan salah satu metode yang paling sering
dilakukan untuk mengurangi jumlah logam beracun dalam air limbah (Priadi
dkk., 2014: 11). Adsorpsi merupakan proses fisika-kimiawi di mana adsorbat,
dalam hal ini zat pencemar, terakumulasi di permukaan padatan yang disebut
adsorben (Priadi dkk., 2014: 11).
1
Adsorben adalah zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari
suatu fase fluida. Adsorben memiliki struktur yang sangat berpori dengan luas
permukaan yang besar (Rahmayanti & MZ, 2013: 2). Berbagai jenis adsorben
karbon aktif telah berhasil dikembangkan dan terbukti mampu mengadsorpsi ion
logam berat, hanya saja tergolong mahal dan sulit untuk diproduksi (Nurdila,
Asri, & Suharyadi, 2015: 23).
Pemanfaatan adsorben silika gel yang relatif lebih murah dibanding
karbon aktif memiliki beberapa keunggulan, seperti stabil dalam kondisi asam,
non swelling, porositas tinggi, luas permukaan yang besar, dan tahan terhadap
temperatur tinggi (Buhani dkk., 2010: 83). Silika gel merupakan padatan organik
yang memiliki gugus aktif silanol (Si-OH) dan siloksan (Si-O-Si) pada
permukaannya. Adanya kedua gugus aktif ini, silika gel dapat digunakan untuk
adsorpsi (Kristianingrum, Siswani, & Fillaeli, 2011: 282).
Silika gel dapat dibuat dari bahan alam yang mengandung unsur silika,
seperti abu vulkanik hasil erupsi Kelud Februari 2014 silam. Berdasarkan
penelitian yang dilakukan oleh Bambang (2014), abu vulkanik yang dihasilkan
dari letusan gunung Kelud tersebut, mengandung unsur silika sebesar 70,6%.
Penelitian mengenai pemanfaatan abu vulkanik hasil erupsi Kelud pada
Februari 2014 dalam pembuatan adsorben silika gel telah dilakukan oleh
Melantika (2014). Pada penelitian ini telah berhasil dilakukan sintesis silika gel
dengan asam nitrat pada variasi konsentrasi asam 1, 2 dan 3 M menggunakan
metode sol gel dengan natrium silikat sebagai prekursornya. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa variasi konsentrasi asam yang digunakan dalam sintesis
2
silika gel berpengaruh pada jumlah silika gel yang dihasilkan dan efisiensi
adsorpsi terhadap ion logam. Semakin tinggi konsentrasi asam, maka semakin
banyak jumlah silika gel yang dihasilkan dan semakin meningkat harga efisiensi
adsorpsi terhadap ion logam.
Jumlah ion logam yang diserap oleh adsorben dipengaruhi oleh beberapa
faktor, seperti pH medium, konsentrasi substrat, kekuatan ion, dan pembentukan
kompleks ion (Ikhsan, Johnson, & Wells, 1999: 403). Menurut penelitian Buhani
(2009: 309), efektivitas adsorben untuk berikatan dengan logam sangat
ditentukan oleh interaksi kimia pembentukan kompleks antara ligan pada
permukaan adsorben dan ion logam. Interaksi kimia yang terjadi dipengaruhi
oleh kondisi asam-basa pada interaksi ion logam dan ligan yang terdapat pada
permukaan adsorben (Buhani dkk., 2009: 302)
Pada penelitian ini, dipelajari pengaruh pH interaksi ion logam Ni(II) dan
Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating pada adsorben silika gel yang
diperoleh dari sintesis silika gel dari abu Kelud melalui metode sol gel
menggunakan asam nitrat 3 M.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang diuraikan dapat diidentifikasi
beberapa permasalahan sebagai berikut:
1. Metode yang digunakan untuk sintesis adsorben silika gel bervariasi.
2. Jenis asam yang digunakan untuk sintesis adsorben silika gel mempengaruhi
hasil sintesis.
3. Konsentrasi asam yang digunakan mempengaruhi hasil sintesis.
3
4. Jenis ion logam yang diadsorpsi oleh adsorben silika gel bervariasi.
5. pH lingkungan mempengaruhi daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap
ion logam.
C. Pembatasan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka dalam penelitian ini
diberikan beberapa pembatasan masalah sebagai berikut:
1. Metode yang digunakan dalam sintesis adsorben silika gel adalah metode sol
gel.
2. Jenis asam yang digunakan dalam sintesis adsorben silika gel adalah asam
nitrat.
3. Konsentrasi asam nitrat dalam sintesis adsorben silika gel adalah 3 M.
4. Jenis ion logam yang diadsorpsi adalah logam Ni(II) dan Zn(II) dalam
cuplikan limbah cair industri elektroplating.
5. pH lingkungan dalam adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam
adalah 1, 2, 4, 6 dan 8.
D. Perumusan Masalah
Berdasarkan hasil identifikasi masalah dan pembatasan masalah di atas,
maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1. Bagaimana karakter gugus fungsi, porositas, keasaman dan kadar air adsorben
hasil sintesis dari abu vulkanik gunung kelud?
2. Berapa daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi paling optimum adsorben hasil
sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan limbah cair
industri elektroplating?
4
3. Berapa pH optimum dalam uji daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap
ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating?
E. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengetahui karakter gugus fungsi, porositas, keasaman dan kadar air
adsorben hasil sintesis dari abu vulkanik gunung kelud.
2. Mengetahui daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi paling optimum adsorben
hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan limbah cair
industri elektroplating.
3. Mengetahui pH optimum dalam uji daya adsorpsi adsorben hasil sintesis
terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri
elektroplating.
F. Manfaat Penelitian
1. Bagi perkembangan ilmu pengetahuan
Dapat dijadikan sebagai bahan pustaka dalam pengembangan metode
sintesis adsorben silika gel dari bahan baku murah dan mudah diperoleh sebagai
upaya penanganan limbah.
2. Bagi praktisi
Dapat dijadikan sebagai solusi untuk meminimalisir dampak buruk dari
kandungan logam berat berbahaya di dalam limbah cair elektroplating.
3. Bagi mahasiswa
5
Dapat menambah pengetahuan dan wawasan, serta dijadikan sebagai
sarana untuk mengaplikasikan ilmu baik teori maupun praktik selama
perkuliahan.
6
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori
1. Deskripsi Abu Vulkanik gunung Kelud
Abu vulkanik merupakan bahan material vulkanik jatuhan yang
disemburkan ke udara pada saat terjadi letusan (Sinaga, Sembiring, & Lubis,
2015: 1160). Letusan tersebut terdiri dari batuan berukuran besar sampai
berukuran halus. Batuan yang berukuran besar akan jatuh disekitar kawah, dan
yang berukuran halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan km dari kawah.
Hal tersebut terjadi karena adanya hembusan angin (Khalis, Dewi, &
Wisnumurti, 2016: 3).
Letusan Kelud yang terjadi pada 14 Februari 2014 berdampak sangat
luas. Sebaran abu vulkanik gunung kelud mencapai radius 200-300 km (Suntoro
dkk., 2014: 69). Berdasarkan hasil analisis XRF (X-Ray Fluorescence), diketahui
bahwa kandungan abu Kelud terdiri dari unsur-unsur seperti ditunjukkan dalam
Tabel 1.
Tabel 1. Kandungan Abu Vulkanik gunung kelud (Kasatriyanto, 2014)
Unsur
Kadar (%)
Silika
70,60
Alumunium
9,00
Besi
5,70
Kalsium
5,00
Kalium
0,70
Sulfur
0,10
7
2. Metode Sol Gel
Metode sol gel merupakan proses pembentukan jaringan oksida dengan
reaksi polikondensasi yang dari molekul prekursor dalam medium air. Proses ini
meliputi transisi sistem dari fasa larutan sol menjadi fasa padat gel (Brinker &
Scherer, 1990 dalam Buhani dkk., 2012: 265). Melalui proses sol gel dapat
dilakukan pengontrolan untuk memperoleh hasil berupa bahan oksida anorganik
dengan sifat tertentu yang meliputi kekerasan, dan porositas sesuai yang
dikehendaki. Proses ini dapat dilakukan pada temperatur rendah (Brinker &
Scherer, 1990 dalam Nuryono & Narsito, 2005: 265).
Reaksi kimia yang terjadi dalam proses sol gel terdiri dari reaksi
hidrolisis dan kondensasi. Reaksi hidrolisis terjadi pada Na-silikat yang
ditambahkan asam menghasilkan asam silikat yang mengandung gugus silanol
(
) dengan reaksi berikut:
NaSiO3(aq) + 2H+(aq) + H2O(l) → Si(OH)4(aq) + 2Na+(aq)
Silanol yang terbentuk (
) selanjutnya akan bereaksi dengan gugus
silanol dari monomer asam silikat lain membentuk siloksan (
)
dengan reaksi sebagai berikut:
Reaksi ini disebut dengan reaksi kondensasi. Reaksi kondensasi terjadi sebelum
reaksi hidrolisis selesai (Brinker & Scherer, 1990: 108).
3. Adsorben Silika Gel
Silika gel merupakan silika amorf yang terdiri dari globula-globula SiO4
tetrahedral yang tersusun secara tidak teratur dan beragregrasi membentuk
8
kerangka tiga dimensi yang lebih besar (sekitar 1-25
. Rumus kimia silika
gel secara umum adalah SiO2.xH2O (Sriyanti dkk., 2005: 2). Silika gel memiliki
beberapa keunggulan, seperti stabil dalam kondisi asam, non swelling, porositas
tinggi, luas permukaan yang besar, dan tahan terhadap temperatur tinggi (Buhani
dkk., 2010: 83). Keunggulan dari silika gel ini menyebabkan silika gel banyak
digunakan sebagai adsorben.
Silika gel memiliki gugus silanol (
dan siloksan (
) yang merupakan gugus aktif pada permukaannya. Adanya kedua gugus ini
menyebabkan
silika
gel
dapat
digunakan
untuk
keperluan
adsorpsi
(Kristianingrum, Siswani, & Fillaeli, 2011: 282). Silika gel dapat digunakan
untuk menyerap ion-ion logam. Atom O sebagai situs aktif pada permukaan
silika gel, berfungsi sebagai donor pasangan elektron, yang akan berinteraksi
dengan logam berat. Atom O mempunyai ukuran relatif kecil dan polarisabilitas
rendah atau bersifat basa keras (Atkins, 1990 dalam Mujiyanti, Nuryono, &
Kunarti, 2010: 151).
Sintesis silika gel dapat dilakukan dengan pencampuran antara natrium
silikat dan asam. Natrium silikat dibuat dengan cara ekstraksi SiO2 dengan
menggunakan NaOH (Rosmawati, Tjahjanto, & Prananto, 2013: 162). Adapun
reaksinya adalah sebagai berikut:
SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l)
Pada SiO2, elektronegativitas atom O yang tinggi menyebabkan Si lebih
elektropositif dan terbentuk intermediet [SiO2OH]- yang tidak stabil. Lalu akan
terjadi dehidrogenasi dan ion hidroksil dari NaOH akan berikatan dengan
9
hidrogen membentuk air. Dua ion Na+ akan menyeimbangkan muatan negatif
yang terbentuk dan berinteraksi dengan ion SiO32- sehingga terbentuk natrium
silikat (Na2SiO3) (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 156).
Natrium silikat yang terbentuk ditambah dengan asam maka akan
terbentuk asam silikat. Penambahan asam pada prekursor natrium silikat
menyebabkan terjadinya protonasi gugus siloksi (SiO-) menjadi silanol (SiOH).
Gugus silanol yang terbentuk kemudian diserang lanjut oleh gugus siloksi (SiO-)
dengan bantuan katalis asam membentuk ikatan siloksan (
).
Reaksi ini akan menghasilkan alkogel yang akan mengalami sineresis apabila
didiamkan (aging) dan menjadi hidrogel. Hidrogel dicuci dan dipanaskan hingga
membentuk xerogel (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 157).
4. Adsorpsi
Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai
gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi.
Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair mempunyai gaya
adsorpsi (Sukardjo, 1997). Adsorpsi merupakan suatu fenomena fisik dimana
molekul-molekul fluida menyentuh dan melekat pada permukaan padatan.
Padatan yang berpori menyerap dan melepaskan suatu fluida disebut adsorben.
Molekul yang terserap disebut adsorbat (Jufrianto, Martin, & Nasruddin, 2014:
3). Jenis adsorpsi ada dua macam yaitu
a. Adsorpsi Fisik atau Fisisorpsi
Dalam fisisorpsi, terdapat antaraksi van der Walls antara adsorben
dengan adsorbat (Atkins, 1999: 437). Gaya van der waals merupakan gaya
10
terlemah dengan energi sekitar 0,4 sampai 40 kJ/mol. Gaya ini biasanya tertutupi
oleh gaya kovalen yang lebih kuat di dalam molekul yang energinya sekitar 400
kJ/mol. Tidak seperti ikatan kovalen, yang bekerja pada jarak antar inti yang
dekat dan dihubungkan dengan tumpang tindih atau pengalihan elektron dan
mengakibatkan energi yang lebih tinggi, ikatan van der waals dapat bekerja pada
jarak yang tidak dapat menyebabkan pertumpangtindihan atau pengalihan
elektron, sehingga energinya lebih kecil (Companion, 1991).
b. Adsorpsi Kimia atau Kemisorpsi
Dalam kemisorpsi, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk
ikatan kovalen (Atkins, 1999: 438). Gaya kovalen lebih kuat dibanding dengan
gaya van der waals. Ikatan kovalen bekerja pada jarak antarinti yang dekat dan
dihubungkan
dengan tumpang tindih atau pengalihan elektron dan
mengakibatkan energi yang lebih tinggi (Companion, 1991). Adsorpsi
dikategorikan sebagai proses kimiawi jika energinya lebih dari 20,92 kJ/mol,
dan jika kurang dari itu dikategorikan sebagai adsorpsi fisik (Adamson, 1990
dalam Fahmiati, Nuryono, & Narsito, 2006: 55).
Dalam proses adsorpsi dapat digunakan prinsip asam-basa keras dan
lunak yang diusulkan oleh Pearson. Asam-basa keras merupakan asam-basa
yang tidak mempunyai elektron valensi atau yang elektron valensinya sukar
terpolarisasi. Sedangkan asam-basa lunak merupakan asam-basa yang elektronelektron valensinya mudah terpolarisasi atau dilepaskan. Pearson meramalkan
reaksi berbagai macam spesies, yaitu asam-asam keras memilih bersenyawa
dengan basa-basa keras, dan asam-asam lunak memilih bersenyawa dengan
11
basa-basa lunak (Sugiyarto dkk., 2013: 112-115). Klasifikasi asam-basa
beberapa senyawa dan ion menurut prinsip HSAB dari Pearson dapat dilihat
pada Tabel 2.
Tabel 2. Klasifikasi Lunak-Keras Asam-Basa Lewis (Sugiyarto dkk., 2013: 113)
Kelas
Keras
Daerah
batas
Lunak
Asam
H , Li , Na , K+
Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+
Ti4+, Cr3+, Cr6+, Mn2+, Mn7+,
Fe3+, Co3+, BF3, BCl3, Al3+,
AlCl3, CO2, Si4+, Cl5+, Cl7+,
I5+, I7+
HX
(Molekul
ikatan
hidrogen)
Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+,
Sn2+, Pb2+, C6H5+, NO+,
Sb3+, Bi3+, SO2
Cu+, Ag+, Au+, CH3Hg+,
Hg22+, Hg2+, Cd2+, Pd2+,
Pt2+, Br2, Br+, I2, I+, O, Cl,
Br, I, N, atom-atom logam
+
+
+
Basa
H2O, NH3, N2H4
F-, Cl-, OH-, ROH, R2O
NO3-, ClO4-, CH3COO-, O2-,
CO3-, SO42-, PO43-
C6H5NH2, N3-, N2, NO2-, Br, SO32H-, C2H4, C6H6, CO, SCN-,
CN-, I-, S2-, S2O32-
5. Limbah Elektroplating
Elektroplating merupakan salah satu proses pelapisan bahan padat dengan
lapisan logam menggunakan arus listrik searah melalui suatu larutan elektrolit.
Pada proses elektroplating, larutan elektrolit yang digunakan diganti setiap dua
minggu untuk mempertahankan mutu dan kehalusan permukaan serta penampilan.
Hal ini menyebabkan limbah yang dihasilkan semakin banyak (Marwati,
Padmaningrum & Marfuatun, 2007: 1).
Limbah dari proses elektroplating merupakan limbah logam berat yang
termasuk dalam B3 (Bahan Beracun Berbahaya) (Nurhasni, Salimin, &
Nurifitriyani, 2013: 41). Beberapa logam yang terdapat pada limbah cair
12
elektroplating antara lain Ag+, Hg22+, Pb2+, Hg2+, Bi3+, Cu2+, Co2+, Al3+, Cr3+,
Fe2+, Mn2+, Ni2+ dan Zn2+ (Padmaningrum & Marwati, 2008). Keberadaan ion-ion
logam tersebut menyebabkan tingkat toksisitas limbah cair elektroplating tinggi.
Karakteristik dan tingkat toksisitas dari air limbah elektroplating bervariasi
tergantung dari kondisi operasi dan proses pelapisan (Nurhasni dkk., 2013).
6. Logam Zink
Zink adalah logam yang memiliki warna biru keputihan dan berkilau.
Tekstur logam zink rapuh, namun pada temperatur 100 oC sampai 150 oC
teksturnya lunak. Logam zink merupakan penghantar panas dan listrik yang
baik. Pada umunya, zink digunakan untuk paduan dengan logam yang lain.
Sebagian besar zink digunakan dalam industri otomotif, elektronik dan
perangkat keras (Lide, 2002). Adapun sifat kimia logam Zn dapat dilihat pada
Tabel 3.
Tabel 3. Sifat Kimia Logam Zn (Cotton dan Wilkinson, 1972)
Konfigurasi kulit terluar
3d10 4s2
Energi potensial 1
9,39 eV
2
17,89 eV
3
40,0 eV
Titik leleh
419 oC
Titik didih
907 oC
Eo untuk M2+ + 2e- → M
-0,762 V
Jari-jari
0,69 Å
Massa atom relatif
65,38 gram/mol
7. Logam Nikel
Nikel adalah logam yang memiliki warna putih keperakan dan
mengkilap. Teksturnya keras, mudah dibentuk, bersifat ferromagnetik, dan
menghantarkan panas dan listrik yang baik. Nikel masuk ke dalam kelompok
13
logam besi-kobalt.
Secara umum, logam nikel digunakan untuk membuat
stainless steel dan paduan logam yang tahan terhadap korosi (Lide, 2002).
Adapun sifat kimia logam Ni dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Sifat Kimia Logam Ni (Cotton dan Wilkinson, 1972)
Konfigurasi kulit terluar
3d8 4s2
Energi potensial 1
7,63 eV
2
18,15 eV
3
35,16 eV
Titik leleh
1452 oC
Titik didih
2913 oC
Eo untuk M2+ + 2e- → M
-0,24 V
Jari-jari
1,24 Å
Massa atom relatif
58,6934 gram/mol
8. Spektrofotometer FTIR
Spektrofotometer FTIR adalah instrumen yang didasarkan pada vibrasi
atom dalam molekul (Stuart, 2004: 2). Prinsip dasar metode spektrofotometri
FTIR adalah molekul dalam sampel yang dianalisis akan menyerap radiasi
inframerah, dan mengalami eksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi.
Penyerapan radiasi inframerah merupakan proses kuantisasi. Hanya frekuensi
atau energi tertentu dari radiasi inframerah yang diserap oleh molekul.
Penyerapan radiasi inframerah sesuai dengan perubahan energi yang memiliki
orde dari 2 hingga 10 kkal/mol (Sastrohamidjojo, 1992: 4).
Radiasi dalam kisaran energi ini sesuai dengan kisaran frekuensi vibrasi
rentangan dan vibrasi bengkokan dari ikatan kovalen dalam kebanyakan
molekul. Dalam proses penyerapan maka energi yang diserap akan menaikkan
amplitudo gerakan vibrasi ikatan dalam molekul. Akan tetapi, tidak semua
14
ikatan dalam molekul dapat menyerap energi inframerah, meskipun frekuensi
radiasi tetap sesuai dengan gerakan ikatan. Hanya ikatan yang mempunyai
momen dipol dapat menyerap radiasi inframerah (Sastrohamidjojo, 1992: 6).
Kegunaan dari spektrum inframerah adalah memberikan keterangan
tentang struktur molekul. Untuk memperoleh informasi struktur dari spektra
inframerah, maka harus diketahui frekuensi atau panjang gelombang dimana
gugus fungsional menyerap (Sastrohamidjojo, 1992: 6). Korelasi inframerah
yang memuat informasi berbagai gugus fungsional senyawa organo-silikon
ditunjukkan dalam Tabel 5.
Tabel 5. Korelasi Inframerah Gugus Fungsional Senyawa Organo-Silikon
Gugus
Fungsional
Si – H
Frekuensi (cm-1)
2230-2150
890-860
Panjang
gelombang (µm)
4,48-4,65
11,24-11,63
Si – OH
3390-3200
2,95-3,13
870-820
11,49-12,20
Si – O
1110-1000
9,01-10,00
Si – O – Si
(linier)
Si – O – Si
(trimer siklis)
Si – O – Si
(tetramer siklis)
1080
1025
1020
9,26
9,76
9,80
1082
9,42
Keterangan
Vibrasi rentangan
Vibrasi
bengkokan
Vibrasi rentangan
OH
Vibrasi
bengkokan OH
Vibrasi rentangan
Si – O (lebar)
Vibrasi rentangan
Si – O (lebar)
Vibrasi rentangan
Si - O
Vibrasi rentangan
Si – O -
(Sumber: Sastrohamidjojo, 1992)
Skema kerja alat dari spektrofometer FTIR ditunjukkan dalam Gambar 1.
15
Gambar 1. Skema Kerja Alat Spektrofotometer FTIR (Stuart, 2004: 19)
Sinar yang datang dari sumber sinar akan diteruskan, kemudian dipecah
oleh pemecah sinar menjadi dua bagian sinar yang saling tegak lurus. Sinar ini
kemudian dipantulkan oleh dua cermin yaitu cermin diam dan cermin bergerak.
Sinar hasil pantulan kedua cermin akan dipantulkan kembali menuju pemecah
sinar untuk saling berinteraksi. Dari pemecah sinar, sebagian sinar akan
diarahkan menuju cuplikan dan sebagian menuju sumber. Gerakan cermin yang
maju mundur akan menyebabkan sinar yang sampai pada detektor akan
berfluktuasi. Sinar akan saling menguatkan ketika kedua cermin memiliki jarak
yang sama terhadap detektor, dan akan saling melemahkan jika kedua cermin
memiliki jarak yang berbeda. Fluktuasi sinar yang sampai pada detektor akan
menghasilkan sinyal yang disebut interferogram. Interferogram diuvah menjadi
spektra FTIR dengan bantuan komputer (Stuart, 2004: 19).
16
9. Spektrofotometer Serapan Atom
Spektrofotometer serapan atom adalah alat yang digunakan untuk
mendeteksi logam dan ultra logam dalam berbagai variasi sampel, seperti
biologi, lingkungan, makanan, dan geologi dengan tingkat akurasi dan ketelitian
yang baik (Settle, 1997: 373). Prinsip metode spektrofotometri serapan atom
adalah absorbansi cahaya oleh atom. Pengukuran pada spektrofotometer
didasarkan pada jumlah radiasi yang diserap oleh atom-atom bebas dalam
keadaan dasar (ground state). Atom-atom menyerap cahaya pada panjang
gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Cahaya pada panjang
gelombang tertentu mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik
suatu atom. Transisi elektronik suatu unsur bersifat spesifik, dengan absorbansi
energi, berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu atom pada keadaan dasar
dinaikkan tingkat energinya ke tingkat eksitasi (Khopkar, 2010: 288).
Gambar 2. Proses Serapan Atom (Anonim, 1996: 5)
Alat spektrofotometer serapan atom terdiri atas tiga komponen yaitu unit
atomisasi, sumber radiasi dan sistem pengukur fotometrik. Atomisasi dapat
dilakukan dengan nyala maupun tungku. Sampel yang dianalisis disedot melalui
kapiler kemudian dikeluarkan sebagai kabut halus ke dalam nyala api, maka
akan terjadi proses penguapan pelarut, proses penguapan padatan, dan proses
17
atomisasi uap sehingga terbentuk atom-atom bebas. Apabila cahaya dengan
panjang gelombang tertentu dilewatkan pada atom-atom bebas tersebut, maka
sebagian cahaya akan diserap dan intensitas penyerapan akan berbanding lurus
dengan banyaknya atom bebas logam yang berada dalam sel (Khopkar, 2010:
291). Kondisi analisis unsur Ni dan Zn dengan SSA dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Kondisi Analisis Unsur Ni dan Zn (Khopkar, 2010: 292-293)
Unsur
Ni
Panjang
gelombang
(nm)
232,0
Zn
213,9
Tipe
Nyala
Sensitivitas
(µg/mL)
0,05
Daerah
kerja
(µg/mL)
3-12
Batas
deteksi
(µg/mL)
0,008
UdaraAsetilen
UdaraAsetilen
0,009
0,4-1,6
0,001
10. Gas Surface Analyzer
Gas Surface Analyzer merupakan suatu alat yang digunakan untuk
pengukuran fisik terhadap suatu material, meliputi luas permukaan, volume poripori, jari-jari pori, dan distribusi pori. Pengukuran tersebut bertujuan untuk
karakterisasi suatu bahan material. Prinsip kerja alat ini menggunakan
mekanisme adsorpsi gas pada permukaan suatu bahan padatan pada berbagai
tekanan dan temperatur yang konstan. Gas yang biasa digunakan adalah helium
untuk mikropori, nitrogen untuk mesopori dan argon untuk makropori (Sudarlin,
2016).
Sebelum dilakukan analisis, sampel dipreparasi terlebih dahulu untuk
menghilangkan gas atau uap atau senyawa volatil yang mungkin telah
teradsorpsi atau terperangkap dalam pori-pori atau permukaan padatan. Hal ini
18
penting dilakukan untuk memperoleh hasil ukuran distribusi pori pada
permukaan secara tepat (Zielinski & Kettle, 2013: 4). Proses preparasi dilakukan
pada alat degasser.
Pada alat degasser, bahan uji dipanaskan dalam sampel sel yang
dihubungkan dengan port degas menggunakan mantel pemanas. Proses ini dapat
dilakukan dengan dua cara, yaitu kondisi flow atau kondisi vakum. Pada kondisi
flow, gas dari port degas dialirkan ke dalam sampel sel sehingga mendesak zatzat pengotor yang ada. Sedangkan pada kondisi vakum, dilakukan dengan cara
mengurangi tekanan sehingga bahan-bahan pengotor yang ada dapat terlepas
(Sudarlin, 2016).
Proses degassing dilakukan selama 2 sampai 4 jam dengan temperatur
pemanasan berkisar 40–300
o
C. Temperatur pemanasan bergantung pada
karakteristik padatan yang akan dianalisis. Temperatur yang terlalu tinggi dapat
menyebabkan melelehnya padatan atau kerusakan pada padatan, sehingga tidak
dapat dianalisis. Pada temperatur yang terlalu rendah, dimungkinkan masih
banyak zat pengotor yang tersisa pada pori atau permukaan padatan (Sudarlin,
2016). Untuk menentukan temperatur pada proses degassing dapat dilakukan
dengan analisis TGA (Thermogravimetric Analysis) pada padatan yang akan
dianalisis.
Setelah proses degassing selesai, padatan dilakukan analisis Gas Surface
Analyzer. Proses analisis dengan GSA dilakukan pada kondisi isotherm, yaitu
pada variasi tekanan dan temperatur konstan. Variasi tekanan relatif terhadap
tekanan standar, yaitu (P/Po) yang besarnya berkisar 0,05 sampai 0,995 atm.
19
Bahan uji yang akan dianalisis diletakkan pada sampel sel yang dihubungkan
dengan port gas dari alat analyzer GSA. Nitrogen cair dengan temperatur 77,035
K dimasukkan ke dalam thermostat hingga merendam sampel sel. Gas nitrogen
dialirkan oleh port gas ke dalam tabung sampel sesuai dengan tekanan yang
sudah diatur sebelumnya. Semakin tinggi tekanan maka semakin banyak gas
nitrogen yang diadsorpsi oleh bahan padatan. Hubungan volume gas yang
diadsorpsi dan tekanan tersebut akan diplot secara otomatis pada software
komputer dalam bentuk grafik hubungan V (volume gas yang diadsorpsi/
desorpsi) dengan P/Po (tekanan relatif) (Sudarlin, 2016) seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Contoh Data Grafik yang dihasilkan dari Analisa GSA (Sudarlin,
2016)
Pada Gambar 3 terdapat dua kurva yang sejajar. Kurva dengan garis
merah menunjukkan volume gas yang diadsorpsi pada variasi P/Po dan kurva
20
dengan garis biru menunjukkan banyaknya gas yang didesorpsi pada variasi
P/Po.
Data berupa grafik pada Gambar 3 tersebut selanjutnya akan diolah
secara otomatis dengan aplikasi dari instrument GSA untuk menghitung luas
permukaan, ukuran pori dan volume pori. Secara umum, teknik yang digunakan
dalam aplikasi GSA untuk mengukur luas permukaan dan porositas suatu
material adalah teknik Brunauer, Emmet and Teller (BET) (Brunauer, et al.,
1938 dalam Santamarina et al., 2002: 234).
Untuk
menghitung
luas
permukaan
dapat
dilakukan
dengan
menggunakan persamaan berikut:
s=
N adalah bilangan avogadro, M adalah berat molekul dari gas yang teradsorp,
Acs adalah cross-sectional area gas (untuk nitrogen 16,2 (Å)) dan Wm adalah
berat gas nitrogen yang membentuk lapisan monolayer pada permukaan zat
padat.
Harga Wm dapat diperoleh dengan cara membuat grafik antara P/Po
dengan 1/{W(P/Po-1)}. Berdasarkan grafik tersebut akan diperoleh persamaan
garis regresi y = b + ax yang merupakan persamaan BET. Adapun persamaan
BET adalah sebagai berikut:
=
............................(2)
Keterangan:
21
: Intersep
: Slope
W
: berat gas total yang terserap pada tekanan relatif P/Po (g
gas/g adsorben)
Wm
: berat gas nitrogen yang membentuk lapisan monolayer pada
permukaan zat padat (g gas/g adsorben)
P
: tekanan adsorbat dalam keadaan setimbang
Po
: tekanan uap jenuh adsorbat pada keadaan setimbang
P/Po
:
tekanan relatif dan C adalah tetapan BET
Harga Wm diperoleh dari:
Wm =
B. Penelitian Yang Relevan
Yuri Melantika Azizah (2015) dalam penelitiannya yang berjudul “Sintesis
Silika Gel dari Abu Vulkanik gunung kelud dengan Asam Nitrat (HNO3) dan Uji
Adsorptivitasnya terhadap Ion Logam Kromium(VI) dan Timbal(II).” Telah
berhasil melakukan sintesis silika gel dari abu vulkanik gunung kelud melalui
ekstrasi basa dengan larutan NaOH 3 M hingga mendidih, dan menghasilkan
natrium silikat. Larutan natrium silikat yang dihasilkan di tambahkan asam nitrat
dengan variasi konsentrasi 1, 2, dan 3 M hingga terbentuk hidrogel. Gel yang
terbentuk dikeringkan dalam oven pada temperatur 110 oC selama 2 jam untuk
menghilangkan kandungan air. Hasil karakterisasi silika gel menunjukkan bahwa
silika gel hasil sintesis memiliki gugus fungsional yang hampir sama dengan
silika gel kiesel 60G (E-Merck). Silika dengan penambahan asam nitrat 3 M
22
mempunyai daya adsorpsi serta efisiensi adsorpsi maksimal terhadap ion logam
Cr(II) dan Pb(II) dalam limbah simulasi.
Buhani, Narsito, Nuryono dan Eko Sri Kunarti (2009) dalam
penelitiannya yang berjudul “ Influence of pH Toward Interaction of Metal Ions
Cd(II) and Cu(II) by Mercapto-Silica Hybrid Adsorbent in Aquaeos Solution”
telah mempelajari pengaruh pH larutan terhadap interaksi adsorben dan logam.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa interaksi antara adsorben dan logam yang
paling optimum di peroleh pada pH larutan 5,5.
Kesamaan antara penelitian-penelitian tersebut di atas dengan penelitian
ini adalah konsentrasi asam nitrat yang digunakan pada sintesis adsorben dari abu
vulkanik gunung kelud yaitu 3 M. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh
Melantika Y dan Kristianingrum S bahwa pada sintesis silika gel dengan
penambahan asam nitrat 3M memperoleh efisiensi produksi yang lebih optimum,
daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam Cr(VI) dan Pb(II) yang
lebih optimum. Selain itu, kesamaan dengan penelitian yang dilakukan oleh
Buhani, Narsito, Nuryono dan Eko Sri Kunarti (2009) adalah dalam penelitian ini
kami mempelajari pengaruh variasi pH medium terhadap adsorpsi ion logam.
Perbedaan antara penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah ion
logam yang digunakan dalam uji adsorpsi adsorben hasil sintesis yaitu Ni(II) dan
Zn(II). Ion logam bukan berasal dari limbah simulasi yang dibuat oleh peneliti,
namun berasal dari limbah nyata yaitu limbah cair industri elektroplating yang
diambil dari salah satu home industri di daerah Kotagede.
23
C. Kerangka Berfikir
Silika gel merupakan salah satu jenis adsorben yang memiliki gugus
silanol (
dan siloksan (
) yang merupakan gugus aktif
pada permukaannya. Adanya kedua gugus ini menyebabkan silika gel dapat
digunakan untuk keperluan adsorpsi (Kristianingrum, Siswani, dan Fillaeli, 2011).
Silika gel dapat dibuat dari bahan alam yang mengandung unsur silika di
dalamnya. Berdasarkan hasil analisis XRF (X-Ray Fluorescence), diketahui
bahwa kandungan silika (SiO2) dalam abu vulkanik gunung kelud hasil erupsi
pada tanggal 14 Februari 2014 sebesar 70,6% (Kasatriyanto, 2014).
Sintesis adsorben silika gel dapat dilakukan dengan pencampuran antara
natrium silikat dan asam. Natrium silikat dibuat dengan cara meleburkan SiO2
pada abu vulkanik gunung kelud yang sudah dicuci dengan menggunakan NaOH
(Rosmawati, Tjahjanto, dan Prananto, 2013). Natrium silikat yang terbentuk
ditambah dengan asam nitrat 3 M tetes demi tetes hingga terbentuk asam silikat
berupa gel berwarna putih. Penambahan asam pada prekursor natrium silikat
menyebabkan terjadinya protonasi gugus siloksi (SiO-) menjadi silanol (SiOH).
Gugus silanol yang terbentuk kemudian diserang lanjut oleh gugus siloksi (SiO-)
dengan bantuan katalis asam membentuk ikatan siloksan (
).
Reaksi ini akan menghasilkan alkogel yang akan mengalami sinerisis apabila
didiamkan (aging) dan menjadi hidrogel. Hidrogel dicuci dengan akuades hingga
netral dan dipanaskan menggunakan oven pada temperatur 120 oC hingga
membentuk xerogel (Mujiyanti, Nuryono, dan Kunarti, 2010). Adsorben yang
diperoleh dianalisis menggunakan spektrofotometer FTIR untuk mengetahui
24
karakter gugus fungsi silanol dan siloksan, serta analisis menggunakan Gas
sorption analyzer (GSA) untuk mengetahui karakter porositas adsorben yang
meliputi luas permukaan, ukuran pori-pori dan distrbusi volume pori.
Adsorpsi adsorben terhadap suatu logam dipengaruhi oleh beberapa faktor,
salah satunya ada kondisi pH larutan. Buhani, Narsito, Nuryono dan Eko Sri
Kunarti (2009) dalam penelitiannya yang berjudul “ Influence of pH Toward
Interaction of Metal Ions Cd(II) and Cu(II) by Mercapto-Silica Hybrid Adsorbent
in Aquaeos Solution” telah mempelajari pengaruh pH larutan terhadap interaksi
adsorben dan logam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa interaksi antara
adsorben dan logam mencapai optimum pada pH larutan 5,5.
Pada penelitian ini, adsorpsi adsorben terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II)
dilakukan dalam cuplikan limbah cair elektroplating pada berbagai pH yaitu 1, 2,
4, 6 dan 8. Konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II) sebelum dan sesudah adsorpsi
dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom.
25
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Subjek dan Objek Penelitian
1. Subjek Penelitian
Subjek penelitian ini adalah abu vulkanik hasil erupsi gunung Kelud
periode Februari 2014 yang diambil di daerah Minomartani, Ngaglik, Sleman,
Yogyakarta.
2. Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah karakter adsorben hasil sintesis yang meliputi
spektra FTIR, porositas (luas permukaan, ukuran pori dan volume pori
adsorben), keasaman, kadar air adsorben, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi
adsorben terhadap ion logam Ni dan Zn dalam limbah cair industri
elektroplating.
B. Teknik Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel abu vulkanik gunung kelud dilakukan dengan
purpossive sampling di daerah Minomartani, Ngaglik, Sleman, Yogyakarta.
C. Variabel Penelitian
1. Variabel bebas
Variabel bebas pada penelitian ini adalah pH larutan pada pengujian
efisiensi dan daya adsorpsi ion logam dalam limbah cair industri elektroplating
yaitu 1, 2, 4, 6, dan 8, serta jenis ion logam yang diadsorpsi yaitu ion logam
Ni(II) dan Zn(II).
2. Variabel terikat
26
Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakter adsorben hasil sintesis
yang meliputi spektra FTIR, keasaman, kadar air, porositas (luas permukaan,
ukuran pori dan volume pori adsorben), efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi
adsorben terhadap ion logam Ni dan Zn dalam limbah cair industri
elektroplating.
3. Variabel kontrol
Variabel kontrol pada penelitian ini adalah konsentrasi asam nitrat yang
ditambahkan pada proses sintesis adsorben yaitu 3M.
D. Alat dan Bahan
1. Alat yang digunakan
a. Seperangkat alat Spektrofotometer Serapan Atom
b. Seperangkat Alat Spektrofotometer FTIR
c. Seperangkat alat Gas Sorption Analyzer Nova Quantachrome
d. Ayakan 200 mesh
e. Timbangan analitik
f. Muffle Furnace
g.
Oven
h. Penyaring Buchner
i. Pompa vakum
j. Magnetik stirer
k. Cawan porselen
l. Lumpang porselen
m. Alat-alat gelas pendukung
27
n. Alat-alat plastik pendukung
o. Kertas saring Whatman No.42
p. Kertas pH Universal
q. Desikator
r. Shaker
s. Sentrifuge
2. Bahan yang digunakan
a. Abu vulkanik gunung kelud (di daerah Yogyakarta)
b. Limbah cair elektroplating
c. Larutan HNO3 3 M
d. Larutan NaOH 0,1, 1, dan 3 M
e. Akuabides
f. Larutan HCl 0,1 M
g. Kristal H2C2O4.2H2O
h. Kristal Na2B4O7.10H2O
i. Kristal kiesel gel 60G buatan E Merck
j. Larutan standar Ni(II)
k. Larutan standar Zn(II)
E. Prosedur Penelitian
1. Preparasi Abu Vulkanik
28
Sebanyak 500 gram abu vulkanik gunung Kelud di ayak menggunakan
ayakan lolos 200 mesh. Sebanyak 200 gram abu vulkanik hasil ayakan
ditempatkan pada krus porselin kemudian dikalsinasi dengan menggunakan muffle
furnace pada temperatur 700 0C selama 4 jam. Abu halus sebanyak 25 gram
dicuci dengan 150 mL larutan HCl 0,1 M melalui pengadukan selama 1 jam dan
didiamkan selama 24 jam, kemudin abu yang telah dicuci tersebut disaring
menggunakan kertas saring Whatman no.42 dan dibilas dengan akuabides hingga
netral. Selanjutnya abu hasil pencucian dikeringkan dalam oven pada temperatur
110oC selama 2 jam. Abu halus diambil 0,1 gram untuk dikarakterisasi
menggunakan spektrofotometer FTIR untuk mengetahui gugus fungsional silika.
2. Pembuatan Natrium Silikat
Sebanyak 6 gram abu vulkanik hasil preparasi, dimasukkan ke dalam 200
mL larutan NaOH 3M pada teflon sambil diaduk dan dipanaskan hingga
mendidih, kemudian didiamkan selama 24 jam. Larutan natrium silikat yang
terbentuk disaring dengan kertas saring Whatman no.42 untuk memisahkan filtrat
dengan endapan.
3. Sintesis Adsorben
Sintesis adsorben dilakukan dengan menggunakan metode sol gel.
Sebanyak 20 mL larutan natrium silikat ditempatkan pada wadah plastik,
kemudian ditambahkan larutan HNO3 3M tetes demi tetes hingga terbentuk gel.
Apabila sudah terbentuk gel, penambahan larutan HNO3 3M dilanjutkan hingga
mencapai pH 7 dan didiamkan selama 24 jam. Kemudian gel yang terbentuk
disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman no.42 dan dicuci dengan
29
akuabides hingga pH netral. Gel tersebut dikeringkan dalam oven pada temperatur
120 oC selama 2 jam. Adsorben selanjutnya digerus dengan menggunakan mortar
dan diayak menggunakan ayakan 200 mesh. Adsorben selanjutnya dianalisis
dengan spektrofotometer FTIR dan membandingkannya dengan spektra FTIR
pada kiesel gel 60G buatan E Merck
4. Penentuan Keasaman Adsorben
Pada penelitian ini, penentuan keasaman adsorben dilakukan dengan
metode volumetri. Sebanyak 0,1 gram adsorben direndam dalam 15 mL larutan
NaOH 0,1 M (yang telah distandarisasi) selama 24 jam. Adsorben disaring dan
dipisahkan dari campurannya dengan cara didekantir. Larutan NaOH sisa dititrasi
dengan larutan standar HCl 0,1 M (yang telah distandarisasi) menggunakan
indikator fenolftalein.
5. Penentuan Kadar Air
Sebanyak 0,1 gram adsorben dipanaskan dalam oven pada temperatur
110oC selama 4 jam, kemudian didinginkan dan ditimbang, sehingga diperoleh
berat adsorben awal. Selanjutnya adsorben dipanaskan dalam muffle furnace pada
temperatur 600 oC selama 2 jam, kemudian didinginkan dan ditimbang. Proses ini
diulang hingga diperoleh berat yang konstan.
6. Adsorpsi Adsorben pada Ion Logam Ni(II) dan Zn(II)
Sebelum dilakukan variasi pH, terlebih dahulu diukur pH awal limbah cair
industri elektroplating dengan menggunakan pH meter. Selanjutnya limbah cair
elektroplating ditambahkan larutan NaOH 1 M hingga diperoleh larutan dengan
pH yang dikehendaki. Sebanyak 0,1 gram adsorben diinteraksikan dengan 20 mL
30
limbah elektroplating pada pH yang bervariasi yaitu 1, 2, 4, 6, dan 8. Campuran
tersebut diaduk dengan alat shaker selama 90 menit. Selanjutnya campuran
dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan disentrifuge dengan kecepatan 2000 rpm
selama 30 menit. Kemudian endapan dan filtrat dipisahkan, dan filtrat yang
diperoleh dianalisis konsentrasi ion Ni(II) dan Zn(II) dengan menggunakan AAS.
Endapan dibilas dengan akuades, kemudian dikeringkan pada temperatur 60 oC
selama 6 jam untuk dianalisis menggunakan spektrofotometer inframerah.
F. Teknik Analisis Data
1. Menghitung Keasaman Adsorben
Keasaman (mmol/gram) =
=
Jumlah mmol NaOH sisa setara dengan jumlah mmol HCl yang digunakan untuk
titrasi.
2. Menentukan Kadar Air Adsorben
Kadar air =
x 100%
Keterangan:
Massa awal = berat adsorben sebelum pemanasan
Massa akhir = berat adsorben setelah pemanasan
Dengan mengasumsikan kandungan yang terdapat pada adsorben hanya
H2O dan SiO2, maka rumus molekul adsorben (SiO2.xH2O) dapat ditentukan
dengan rumus:
% SiO2
= 100% - % H2O
x
=
31
3. Menghitung Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Adsorben terhadap Ion
Logam Ni(II) dan Zn(II)
D
=
Ep
=
x 100%
Keterangan:
Co
= konsentrasi ion logam Ni(II) dan ion logam Zn(II) mula-mula (ppm)
Ci
= konsentrasi ion logam Ni(II) dan ion logam Zn(II) setelah adsorpsi
(ppm)
Ep
= efisiensi adsorpsi (%)
4. Menentukan konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II)
Penentuan konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II) didasarkan pada
persamaan garis linear yang diperoleh pada kurva larutan standar ion logam Ni(II)
dan Zn(II)
y = a + bx
Keterangan:
y
= absorbansi (A)
a
= konstanta
b
= slope
x
= konsentrasi ion logam Ni(II) atau Zn(II)
32
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Produk yang dihasilkan dari penelitian ini adalah adsorben yang disintesis
dari abu vulkanik gunung kelud berupa padatan dengan tekstur yang halus dan
berwarna putih. Sebanyak 20 mL natrium silikat yang diperoleh dari sintesis per 6
gram abu Kelud dalam 200 mL NaOH direaksikan dengan asam nitrat 3 M,
diperoleh adsorben dengan efisiensi produksi sebesar 63,73%. Perhitungan
selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1.
1.
Hasil Karakterisasi Adsorben Hasil Sintesis
Adsorben hasil sintesis dikarakterisasi dan dibandingkan dengan kiesel gel
60G buatan E-Merck. Adapun yang dibandingkan adalah karakter yang meliputi
spektra FTIR, keasaman dan kadar air. Berdasarkan data uji kadar air, diperoleh
rumus adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G, dan dari data keasaman akan
diperoleh hubungan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi dengan gugus fungsi
silanol pada permukaan adsorben. Data keasaman dan kadar air adsorben hasil
sintesis ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7. Data Keasaman dan Kadar Air Adsorben Hasil Sintesis dan Kiesel Gel
60G
No
Nama
Keasaman
Kadar air
Rumus kimia
(mmol/gram)
total *)
*)
ADHNO3
5,6859
9,00 %
SiO2.0,329H2O
1.
Kiesel gel 60G
5,6578
5,00 %
SiO2.0,175H2O
2.
*) Rerata dari dua kali pengulangan (duplo)
Perhitungan selengkapnya untuk keasaman dan kadar air dapat dilihat pada
Lampiran 4 dan 6.
33
Karakterisasi dengan spektrofotometer FTIR dilakukan untuk mengetahui
keberadaan gugus fungsi silanol (Si–OH) dan siloksan (Si–O–Si) pada permukaan
adsorben hasil sintesis. Keberadaan kedua gugus tersebut diketahui dengan cara
menginterpretasi spektra hasil analisis FTIR dan membandingkannya dengan
spektra FTIR kiesel gel 60G. Perbandingan spektra FTIR antara kiesel gel 60G
dan adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Gambar 4.
110
105
% Tansmitance
100
95
90
85
80
3300
2300
1300
300
Wavenumber (1/cm)
Silika Kiesel Gel 60
ADHNO3
Gambar 4. Spektra FTIR Kiesel Gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3)
Hasil interpretasi spektra FTIR dari abu vulkanik gunung kelud dan
adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8. Interpretasi Spektra Kiesel gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis
(ADHNO3)
-1
Bilangan Gelombang (cm )
Adsorben
No Silika Gel 60
Jenis Vibrasi
Kiesel
ADHNO3
3462,86
3434,18
Vibrasi regangan –OH pada Si–OH
1
2361,20
2360,31
Regangan Si–H
2
1637,09
1640,13
Vibrasi bengkokan –OH dari Si–OH
3
1097,17
1076,41
Regangan asimetri Si–O dari Si–O–Si
4
800,85
Rentangan Si–C
5
471,16
460,97
Vibrasi bengkokan Si–O dari Si–O–Si
6
34
Selain karakterisasi dengan spektrofotometer FTIR, adsorben hasil sintesis
juga dikarakterisasi dengan alat Gas Sorpstion Analyzer (GSA) untuk mengetahui
porositasnya. Karakter porositas adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel
9.
Tabel 9. Porositas Adsorben Hasil Sintesis
Luas permukaan (m2/g) Volume total pori (cm3/g)
Jari-jari pori (Å)
144,744
0,771
106,54
Karakterisasi dengan spektrofotometer FTIR dilakukan juga untuk
mengetahui pergeseran panjang gelombang yang terjadi antara adsorben hasil
sintesis sebelum adsorpsi dan sesudah adsorpsi. Perbandingan spektra FTIR
adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi dan sesudah adsorpsi dapat dilihat pada
Gambar 5.
% Transmitance
110
105
100
95
90
85
80
3400
2400
1400
400
Wavenumber (1/cm)
ADHNO3 Sesudah adsorpsi
ADHNO3 Sebelum adsorpsi
Gambar 5. Spektra FTIR Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan
Sesudah Adsorpsi
Hasil interpretasi spektra FTIR dari abu vulkanik gunung kelud dan
adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 10.
35
Tabel 10. Interpretasi Spektra Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan
Sesudah Adsorpsi pada pH optimum
Bilangan Gelombang (cm-1)
Adsorben
Adsorben
No
Jenis Vibrasi
sebelum
sesudah
adsorpsi
adsorpsi
3434,18
3432,39
Vibrasi regangan –OH pada Si–O–Si
1
2360,31
2362,62
Regangan Si – H
2
1640,13
1639,02
Vibrasi bengkokan –OH dari Si–OH
3
1076,41
1080,81
Regangan asimetri Si–O dari Si–O–Si
4
460,97
460,74
Vibrasi bengkokan Si–O dari Si–O– Si
5
2.
Hasil Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Adsorben Hasil Sintesis
Pada perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam
limbah cair industri elektroplating oleh adsorben, diperlukan adanya kurva standar
untuk menentukan konsentrasi ion logam dari hasil analisis spektrofotometri
serapan atom. Kurva standar larutan Ni(II) dan Zn(II) ditunjukkan pada Gambar 6
dan Gambar 7.
0,25
Absorbansi
0,2
0,15
y = 0,0386x - 0,0005
R² = 0,9993
0,1
0,05
0
0
-0,05
1
2
3
4
Konsentrasi (ppm)
Gambar 6. Kurva Standar Larutan Ni(II)
36
5
6
0,8
y = 0,4674x + 0,0589
R² = 0,9839
0,7
Absorbansi
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,5
1
1,5
2
Konsentrasi (ppm)
Gambar 7. Kurva Standar Larutan Zn(II)
Perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah
cair industri elektroplating oleh adsorben hasil sintesis (ADHNO3) dan kiesel gel
60G, dilakukan dengan mengukur konsentrasi ion logam dalam limbah sebelum
adsorpsi dan sesudah adsorpsi menggunakan spektrofotometri serapan atom.
Selisih konsentrasi ion logam dalam limbah antara sebelum dan sesudah adsorpsi
menunjukkan jumlah ion logam yang diserap oleh adsorben. Data efisiensi
adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Ni(II) dapat dilihat pada Tabel 11. Data
efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Zn(II) dapat dilihat pada Tabel 12.
Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 9.
Tabel 11. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair
Industri Elektroplating oleh Adsorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60 G
% Efisiensi
Daya adsorpsi
% Efisiensi
Daya adsorpsi
pH
adsorpsi oleh
oleh ADHNO3
adsorpsi oleh
oleh Kiesel gel
ADHNO3
(mg/gram)
Kiesel gel 60G 60G (mg/gram)
50,3090
1,25347
49,9670
1,24495
1
52,0999
1,29809
51,7688
1,28984
2
53,1667
1,32467
52,9383
1,31898
4
57,9810
1,44462
56,7075
1,41289
6
98,4845
2,45378
98,4640
2,45327
8
37
Tabel 12. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair
Industri Elektroplating oleh Adasorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60 G
% Efisiensi
Daya
% Efisiensi
Daya
adsorpsi oleh adsorpsi oleh adsorpsi oleh adsorpsi oleh
pH
ADHNO3
ADHNO3
Kiesel gel
Kiesel gel
(mg/gram)
60G
60G
(mg/gram)
1,8685
0,01032
0,8311
0,00459
1
2,0731
0,01145
1,1389
0,00629
2
2,0079
0,01109
1,9066
0,01053
4
2,7322
0,01509
2,6308
0,01453
6
78,4139
0,43308
75,4191
0,41654
8
Data pada Tabel 11 dan Tabel 12 mengenai efisiensi adsorpsi terhadap ion
logam Ni(II) dan Zn(II) selanjutnya diinterpretasikan dalam bentuk grafik untuk
mengetahui hubungan antara % efisiensi adsorpsi dengan perubahan pH. Grafik
hubungan antara % efisiensi adsorpsi dengan pH ditunjukkan pada Gambar 8 dan
Gambar 9.
120
%Efisiensi Adsorpsi
100
80
60
Ion logam Ni
Ion logam Zn
40
20
0
0
2
4
6
8
10
pH
Gambar 8. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh
Adsorben kiesel gel 60G pada berbagai pH
38
120
% Efisiensi Adsorpsi
100
80
60
Ion logam Ni
Ion logam Zn
40
20
0
0
2
4
6
8
10
pH
Gambar 9. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh
Adsorben Hasil Sintesis dengan HNO3 (ADHNO3) pada berbagai pH
B. Pembahasan
1. Pembuatan adsorben dari abu vulkanik gunung kelud
Pada penelitian ini, sebelum dilakukan sintesis adsorben, terlebih dahulu
dilakukan preparasi pada abu vulkanik gunung kelud. Preparasi ini penting
dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan substansi-substansi berupa
pengotor yang dapat memberikan interferensi pada abu. Pada tahap preparasi, abu
vulkanik gunung kelud dikalsinasi dengan menggunakan muffle furnace pada
temperatur 700 oC selama 4 jam.
Pemanasan abu pada temperatur 700 oC
merupakan temperatur yang paling optimum untuk proses kalsinasi abu, karena
pada temperatur ini akan menghasilkan abu dengan silika dalam bentuk amorf
(Aina, Nuryono, & Tahir, 2007: 9). Selain itu, pada temperatur 700 oC akan
menghasilkan abu yang bebas dari pengotor berupa karbon berwarna hitam (Hadi,
Arsa, & Sudiarta, 2006: 33).
39
Setelah dilakukan proses kalsinasi, selanjutnya abu dicuci dan direndam
dalam larutan HCl 0,1 M. Proses ini dilakukan dengan tujuan untuk melarutkan
kadar pengotor berupa oksida-oksida logam dan mineral selain silika yang
terdapat dalam abu yang sudah dikalsinasi, sehingga ketika dilakukan proses
penyaringan dan pencucian dengan akuades, oksida akan larut dalam filtrat dan
abu bebas dari oksida-oksida selain silika (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010:
154).
Abu yang sudah disaring dan dipisahkan dari filtratnya, selanjutnya
dilakukan pemanasan pada temperatur 110 oC.
Proses sintesis adsorben silika gel dari abu vulkanik gunung kelud, secara
garis besar melalui beberapa tahap. Tahapan pertama adalah pembentukan
natrium silikat dengan cara mereaksikan SiO2 pada abu dengan NaOH
(Rosmawati, Tjahjanto, & Prananto, 2013: 162). Pada penelitian ini, abu yang
sudah dicuci dimasukkan ke dalam larutan NaOH 3M lalu dilakukan pemanasan
dan pengadukan hingga mendidih. Natrium silikat yang terbentuk didiamkan
selama 24 jam dan disaring untuk memisahkan filtrat dan endapan abu. Filtrat
natrium silikat ini yang akan digunakan sebagai prekursor pembuatan adsorben
silika gel. Proses pembentukan natrium silikat ditunjukkan dalam reaksi berikut:
SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l)
Mekanisme reaksi yang diperkirakan pada pembentukan natrium silikat
tersebut ditampilkan pada Gambar 10.
Pada SiO2, elektronegativitas atom O yang tinggi menyebabkan Si lebih
elektropositif. Adanya gugus OH- dari NaOH akan menyerang Si sehingga
terbentuk intermediet [SiO2OH]- yang tidak stabil.
40
OH
O
Si
O
O
O
H
Si
O
O
O
H
Si
O
2-
2O
O
2Na+
+ 2Na+
O
Si
O
O
Si
O
+ H2O
Gambar 10. Model Mekanisme Reaksi Pembentukan Natrium Silikat (Alex, 2005
dalam Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 156)
Kemudian akan terjadi dehidrogenasi, di mana ion H+ dari senyawa intermediet
akan dilepaskan dan akan berikatan dengan ion hidroksil dari NaOH yang lain
membentuk H2O. Dua ion Na+ akan menyeimbangkan muatan negatif yang
terbentuk dan berinteraksi dengan ion SiO32- sehingga terbentuk natrium silikat
(Na2SiO3). Natrium silikat yang terbentuk larut dalam akuades sehingga menjadi
larutan natrium silikat Na2SiO3. Larutan natrium silikat ini akan digunakan
sebagai prekursor dalam pembuatan adsorben silika gel (Mujiyanti, Nuryono, &
Kunarti, 2010: 156).
Tahapan kedua adalah pembentukan silika gel dengan metode sol gel.
Metode sol gel merupakan proses pembentukan jaringan oksida dengan reaksi
polikondensasi dari molekul prekursor dalam medium air (Buhani dkk., 2012:
265). Pada metode sol gel, prekursor berupa natrium silikat ditambahkan dengan
asam hingga terbentuk asam ortosilikat melalui reaksi hidrolisis asam (Essien et
al., 2012: 977). Pada penelitian ini, larutan natrium silikat ditambahkan asam
41
nitrat 3 M tetes demi tetes hingga terbentuk gel berwarna putih. Penambahan
asam dilakukan sampai larutan mencapai pH 7. Hal ini disebabkan di bawah pH 7,
kelarutan silika dalam medium air semakin bertambah dan ukuran partikelnya
semakin kecil (Brinker & Scherer, 1990: 105). Adapun reaksi kimia yang terjadi
dalam proses ini adalah sebagai berikut:
Na2SiO3(aq) + H2O(l) + 2H+(aq) → Si(OH)4 (s) + 2Na+ (aq)
Menurut Nuryono dan Narsito (2005: 25), reaksi pembentukan gel asam
silikat dari prekursor natrium silikat bergantung pada pH atau konsentrasi proton
dalam larutan dan tidak bergantung pada jenis asam. Penambahan asam pada
larutan prekursor menyebabkan terjadinya reaksi hidrolisis, di mana terjadi
protonasi gugus siloksi (Si – O-) menjadi gugus silanol (Si – OH). Pada
penambahan asam secara berlebih semua gugus silikat terprotonasi sempurna
sehingga terbentuk monomer asam silikat bebas (Nuryono & Narsito, 2005: 25).
Adapun mekanisme reaksi pembentukan asam silikat dapat dilihat pada Gambar
11.
Monomer-monomer asam silikat yang terbentuk akan mengalami
polimerisasi kondensasi membentuk dimer, trimer, dan seterusnya sampai
akhirnya membentuk polimer asam silikat (Prastiyanto, Azmiyawati, &
Darmawan, 2008: 5). Pembentukan polimer asam silikat terjadi karena reaksi
antar gugus silanol satu dengan gugus silanol yang lain membentuk ikatan
siloksan (Si–O–Si). Polimerasi asam silikat terus berlangsung membentuk bolabola polimer yang disebut partikel silika primer. Partikel ini pada kondisi tertentu
akan mengalami kondensasi membentuk fasa padatan gel yang disebut alkogel
42
yang bertekstur lunak dan tidak kaku (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan,
2008: 6). Mekanisme pembentukan gel dapat dilihat pada Gambar 12.
O
Si
H
OH
OH
Si
Si
OH
O
O
O
O
O
Na
Na
Na
Na
Na
Na
H
O
O
Na
Na
OH
OH
- 2Na
+
Si
HO
Si
+ 2H
O
OH
O
H
HO
H
Si
O
OH
H
H
OH
- H
HO
Si
OH
OH
Gambar 11. Mekanisme Reaksi Pembentukan Monomer Asam Silikat
(Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2008: 6)
HO
Si
OH
OH
OH
OH
HO
+ H
Si
OH2
+
Si
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
- H2O
-H
HO
Si
OH
O
Si
H
OH
OH
OH
HO
Si
OH
OH
O
Si
OH
OH
Gambar 12. Mekanisme Pembentukan Gel (Prastiyanto, Azmiyawati, &
Darmawan, 2008: 6).
43
H
Alkogel memiliki ukuran partikel lebih besar dari pada silika primer.
Proses pembentukan gel dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Proses Pembentukan Alkogel (Brinker & Scherer, 1990: 102)
Alkogel yang terbentuk kemudian didiamkan selama 24 jam untuk melalui
tahap pematangan. Pada tahap pematangan, kekuatan serta ukuran partikel dan
pori menjadi semakin besar dan homogen (He et al., 2009: 1621). Pada tahap ini
alkogel mengalami sineresis. Proses sineresis adalah proses pengerasan gel yang
terjadi secara spontan tanpa proses penguapan. Proses sineresis terjadi karena
pembentukan dan pertumbuhan permukaan gel yang disertai dengan pelepasan
molekul H2O dari pori-pori silika gel (Scherer, 1989 dalam Saputra dkk, 2014:
38). Proses sineresis ini menghasilkan hidrogel. Hidrogel yang terbentuk disaring,
dicuci dan dipanaskan pada temperatur 120 oC hingga membentuk xerogel dengan
44
berat yang konstan. Xerogel merupakan silika gel yang dihasilkan melalui
penghilangan air dari pori-pori melalui proses penguapan (Kalapathy, Proctor, &
Shultz, 2002: 285). Xerogel memiliki tekstur yang kaku dan berwarna putih.
Xerogel yang terbentuk kemudian digerus dan diayak menggunakan
ayakan 100 mesh. Hal ini dilakukan untuk menyamakan ukuran xerogel dan luas
permukaannya. Xerogel yang sudah diayak lalu ditimbang, dan dihitung efisiensi
produksinya. Berdasarkan perhitungan, diperoleh efisiensi produksi adsorben
silika gel dengan asam nitrat 3M adalah 63,73%.
2. Karakter Spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah
dicuci dengan HCl
Berdasarkan penelitian Kristianingrum (2016), perbandingan spektra FTIR
antara abu vulkanik gunung Kelud sebelum dan sesudah dicuci dengan HCl dapat
dilihat pada Gambar 14.
Mon Mar 30 09:22:54 2015 (GMT+07:00)
62
60
%Transmittance
58
56
54
52
50
: Abu Kelud sebelum
48
46
: Abu Kelud sesudah
44
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Wavenumbers (cm-1)
Collection time: Wed Nov 19 07:34:21 2014 (GMT+07:00)
Gambar
14. Spektra FTIR Abu Vulkanik gunung kelud Sebelum dan Sesudah
No peak table for the selected spectrum!
dicuci dengan HCl 0,1 M
Hasil interpretasi spektra FTIR dari abu vulkanik gunung kelud dan
adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 13.
45
Tabel 13. Interpretasi FTIR Abu Sebelum dan Sesudah dicuci dengan HCl 0,1 M
Bilangan Gelombang (cm-1)
Abu Kelud
Abu Kelud
No
Jenis Vibrasi
sebelum dicuci sesudah dicuci
*)
*)
1
3460,83
3430,96
Regangan OH (SiOH)
2
1639,19
1635,64
Bengkokan OH (SiOH)
3
1071,45
1057,66
Regangan Asimetri SiO (SiOSi)
4
462,44
461,37
Bengkokan SiOSi
*) Sumber Kristianingrum, dkk. 2016
Berdasarkan analisis spektrofotometer FTIR yang dilakukan oleh
Kristianingrum (2016) menunjukkan bahwa pada abu vulkanik sebelum dan
sesudah dicuci terdapat serapan pada pita gelombang 3460,83 cm-1 dan 3430,96
cm-1. Pada bilangan gelombang sekitar 3400 cm-1 menunjukkan vibrasi regangan
gugus –OH dari gugus silanol atau molekul air yang terserap pada permukaan
silika (Rida & Harb, 2014: 39). Hal ini diperkuat oleh adanya serapan pada
bilangan gelombang 1639,19 cm-1 dan 1635,64 cm-1 pada spektra FTIR abu
vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah dicuci yang menunjukkan vibrasi
bengkokan dari gugus –OH.
Pada bilangan gelombang 1071,45 cm-1 dan
1057,66 cm-1 secara
berurutan dari spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah
dicuci, menunjukkan vibrasi regangan asimetri gugus Si–O dari ikatan
. Hal ini diperkuat dengan adanya serapan pada bilangan gelombang
462,44 cm-1 dan 461,37 cm-1 pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud
sebelum dan sesudah dicuci yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus
.
Pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dicuci, terdapat
puncak pada bilangan gelombang sekitar 2900 cm-1, namun puncak tersebut tidak
46
ditemukan pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sesudah dicuci. Puncak
pada bilangan gelombang tersebut dimungkinkan adalah zat pengotor yang hilang
setelah abu vulkanik gunung kelud dicuci dengan HCl 0,1 M. Fungsi pencucian
dengan larutan HCl 0,1 M adalah untuk melarutkan pengotor berupa logam-logam
oksida selain SiO2 yang terdapat pada abu vulkanik.
3. Karakter spektra FTIR adsorben hasil sintesis
Analisis karakter FTIR adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan
E-Merck dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pergeseran daerah hasil
serapan gugus silanol (
dan gugus siloksan (
).
Berdasarkan analisis spektrofotometer FTIR diperoleh bahwa pada kiesel gel 60G
buatan E-Merck dan adsorben hasil sintesis, masing-masing secara berurutan
terdapat serapan pada pita gelombang 3434,18 cm-1 dan 3462,82 cm-1. Pada
bilangan gelombang sekitar 3400 cm-1 menunjukkan vibrasi regangan gugus –OH
dari gugus silanol atau molekul air yang terserap pada permukaan silika (Rida &
Harb, 2014: 39). Hal ini diperkuat oleh adanya serapan pada bilangan gelombang
1640,13 cm-1 dan 1637,09 cm-1 pada spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck
dan adsorben hasil sintesis yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus –OH.
Vibrasi bengkokan tersebut berasal dari molekul air yang terjebak dalam matrik
silika yang ditunjukkan pada intensitas puncak bilangan gelombang sekitar 1635
cm-1 (Rida & Harb, 2014: 39).
Pada bilangan gelombang 1076,41 cm-1 dan
1097,17 cm-1 secara
berurutan dari spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck dan adsorben hasil
47
sintesis, menunjukkan vibrasi regangan asimetri gugus Si – O dari ikatan
. Hal ini diperkuat dengan adanya serapan pada bilangan gelombang
460,97 cm-1 dan 471,16 cm-1 pada spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck
dan adsorben hasil sintesis yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus
.
Pada spektra FTIR adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck secara berurutan terdapat serapan pada bilangan gelombang 2360,31 cm-1
dan 2361,20 cm-1. Menurut Sastrohamidjojo (1992), serapan pada bilangan
gelombang tersebut merupakan serapan dari vibrasi rentangan Si – H.
4. Keasaman adsorben hasil sintesis
Penentuan keasaman adsorben hasil sintesis dilakukan untuk mengetahui
kemampuan adsorben dalam mendonorkan proton saat proses adsorpsi. Penentuan
keasaman dilakukan dengan metode titrasi volumetri. Adsorben hasil sintesis
direndam dalam NaOH yang sudah distandarisasi dan diketahui konsentrasinya
selama 24 jam agar terjadi interaksi sempurna antara gugus Si-OH dari adsorben
hasil sintesis dengan gugus OH dari NaOH. Perkiraan reaksi yang terjadi selama
perendaman dapat dilihat pada Gambar 15.
Si
OH(aq) + OH(aq)
Si
O (aq) + H2O (l)
Gambar 15. Reaksi Adsorben Hasil Sintesis dengan Basa NaOH (Azizah, 2015:
69)
Selanjutnya campuran larutan NaOH dan adsorben hasil sintesis disaring
dan dilakukan titrasi pada filtratnya menggunakan HCl yang sudah distandarisasi
48
dan diketahui konsentrasinya. Keasaman adsorben hasil sintesis diperoleh dari
selisih antara konsentrasi mmol NaOH awal dengan konsentrasi mmol NaOH
yang sudah bereaksi dengan adsorben. Tingkat keasaman adsorben hasil sintesis
dan Kiesel gel 60G dapat dilihat pada Tabel 7. Perhitungan selengkapnya dapat
dilihat pada Lampiran 4.
Berdasarkan Tabel 7 tersebut diketahui nilai keasaman adsorben hasil
sintesis adalah 5,6859 mmol/gram. Nilai keasaman ini sedikit lebih besar
dibanding nilai keasaman adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck yaitu 5,6578
mmol/gram. Nilai keasaman pada adsorben menunjukkan jumlah gugus silanol
pada permukaan adsorben. Kekuatan asam ini dapat digunakan sebagai ukuran
reaktivitas kimianya (Nuryono & Narsito, 2005: 28). Semakin tinggi nilai
keasaman maka semakin banyak gugus silanol yang terdapat pada permukaan
adsorben sehingga semakin besar kemampuan adsorben dalam mendonorkan
proton. Oleh karena itu, adsorben yang memiliki nilai keasaman yang lebih tinggi
akan mengikat lebih banyak ion logam dalam proses adsorpsi.
5. Kadar air adsorben hasil sintesis
Penentuan kadar air pada adsorben hasil sintesis dilakukan untuk
menentukan nilai x pada rumus kimia adsorben hasil sintesis secara umum
SiO2.xH2O. Kadar air total dalam hal ini didefinisikan sebagai banyaknya air yang
dilepaskan oleh silika gel kering akibat pemanasan pada 600 oC selama 2 jam
(Nuryono & Narsito, 2005: 28). Pada penelitian ini, adsorben hasil sintesis dan
adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck sebagai pembanding dilakukan
49
pemanasan dengan oven pada temperatur 100 oC selama 4 jam. Setelah itu,
dilakukan pendinginan dan penimbangan. Adsorben kemudian dipanaskan dalam
muffle furnace pada temperatur 600 oC selama 2 jam. Proses ini dilakukan secara
berulang hingga diperoleh berat konstan. Kadar air adsorben hasil sintesis dan
adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck diperoleh dari selisih antara berat awal
adsorben sebelum dilakukan pemanasan dengan berat akhir setelah pemanasan.
Pada pemanasan silika gel dari temperatur 120 sampai 700 oC terjadi
penurunan berat silika sebanyak dua kali, yaitu pada temperatur 120 sampai 580
o
C dan 580 sampai 700 oC. Hal tersebut dapat dijelaskan melalui teori yang
menyebutkan bahwa dalam silika gel terdapat tiga lapisan molekul air. Struktur
lapisan molekul air dapat dilihat pada Gambar 16.
Penurunan berat silika gel pada temperatur 120 – 580 oC terjadi akibat
proses pemutusan ikatan hidrogen pada lapisan pertama antara molekul air dan
gugus silanol. Penurunan pada temperatur 580 – 700 oC terjadi akibat kondensasi
gugus silanol. Dua reaksi pelepasan air pada pemanasan silika gel dapat dilihat
pada Gambar 17.
H
O
H
H
O
H
H
H
O
H
O
Si
Gambar 16. Lapisan Molekul Air dalam Silika Gel (Scott, 1993 dalam Nuryono &
Narsito, 2005: 28)
50
Si
O
H
H
Si
OH
Si
O
+ H2O
OH
H
+
Si
OH
Si
O
Si
+ H2O
Gambar 17. Reaksi Pelepasan Air pada Silika Gel (Nuryono & Narsito, 2005: 28)
Kadar air adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 7. Berdasarkan
Tabel 7 tersebut diketahui bahwa kadar air adsorben hasil sintesis adalah 9,00%.
Persen kadar air ini lebih besar daripada adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck
yaitu 5,00%. Menurut Nuryono dan Narsito (2005: 28), besarnya persen kadar air
berbanding lurus dengan jumlah gugus silanol yang ada pada permukaan adsorben
silika gel dan molekul air yang terikat. Dengan demikian, semakin besar persen
kadar air suatu adsorben, maka semakin banyak jumlah gugus silanolnya sehingga
semakin besar kemampuan adsorben dalam mendonorkan proton. Dengan
mengasumsikan kandungan yang terdapat pada adsorben hanya H2O dan SiO2,
maka rumus molekul adsorben (SiO2.xH2O) dapat ditentukan. Rumus molekul
adsorben hasil sintesis adalah SiO2.0,329H2O dan rumus molekul adsorben kiesel
gel 60G buatan E-Merck adalah SiO2.0,175H2O. Perhitungan selengkapnya dapat
dilihat pada Lampiran 6.
6. Porositas adsorben hasil sintesis
Analisis porositas dengan menggunakan Gas Surface Analyzer dilakukan
dengan tujuan untuk mengetahui luas permukaan, ukuran pori, dan volume pori
dari adsorben hasil sintesis dengan asam nitrat. Analisis menggunakan alat Gas
Surface Analyzer (GSA), terdiri dari dua tahapan, yaitu tahap preparasi dengan
alat degasser dan analisis. Tahap preparasi dilakukan dengan tujuan untuk
51
menghilangkan gas atau uap atau senyawa volatil yang mungkin telah teradsorpsi
atau terperangkap dalam pori-pori atau permukaan padatan.
Pada tahapan ini, adsorben hasil sintesis dipanaskan dalam sampel sel
yang dihubungkan dengan port degas menggunakan mantel pemanas. Proses ini
dilakukan selama 3 jam dengan temperatur pemanasan 300 oC. Temperatur ini
merupakan temperatur yang paling tinggi dalam proses degassing. Pemilihan
temperatur pemanasan didasarkan pada karakteristik material adsorben hasil
sintesis. Untuk mengetahui karakteristik material adsorben hasil sintesis dapat
dilakukan dengan analisis TGA (Thermogravimetric Analysis). Namun, pada
penelitian ini, peneliti menentukan temperatur berdasarkan sifat kimia titik leleh
silika gel yang tercantum dalam MSDS yaitu 1.600 oC (Weintraub, 2001: 12). Hal
ini disebabkan oleh karakter spektra FTIR adsorben hasil sintesis yang memiliki
kemiripan dengan silika gel, sehingga dapat diasumsikan bahwa dengan
temperatur degassing
300 oC tidak akan menyebabkan melelehnya padatan
adsorben atau kerusakan pada padatan adsorben.
Setelah dilakukan preparasi dengan alat degasser, selanjutnya dilakukan
analisis dengan menggunakan gas nitrogen. Proses analisis didasarkan pada
volume gas yang diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben pada variasi tekanan
yang konstan. Berdasarkan analisis tersebut, diperoleh data berupa grafik
hubungan antara volume gas yang diadsorpsi atau desorpsi (v) dengan tekanan
relatif (P/Po). Berdasarkan hasil analisis GSA, diperoleh data luas permukaan
adsorben adalah 144,744 m2/g, volume total pori 0,771 cm3/g dan jari-jari ukuran
pori 106,54 Å.
52
Berdasarkan hasil analisis GSA tersebut, adsorben hasil sintesis ini
termasuk dalam kategori mesopori. Suatu material padatan dikatakan mikropori
apabila jari-jari ukuran porinya kurang dari 2 nm, mesopori antara 2 hingga 50
nm, dan makropori lebih dari 50 nm (Rouquerolt et al., 1994: 1745).
7. Adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II)
Pada penelitian ini, dilakukan uji daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi dari
adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan
limbah cair industri elektroplating pada variasi pH 1, 2, 4, 6, dan 8. Hal ini
dilakukan untuk mempelajari pengaruh pH medium terhadap adsorpsi oleh
adsorben. Kemampuan adsorpsi dari adsorben diketahui melalui perubahan
konsentrasi ion logam dari konsentrasi awal limbah sebelum adsorpsi dan
konsentrasi akhir limbah setelah adsorpsi. Adanya perubahan konsentrasi ion
logam menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis dapat mengadsorpsi ion logam
tersebut.
Berdasarkan data penelitian pada Tabel 11 dan Tabel 12, serta grafik pada
Gambar 8 dan Gambar 9, menunjukkan bahwa pH medium adsorpsi
mempengaruhi daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II)
oleh adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck. Pada adsorpsi ion
logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck,
efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi cenderung meningkat dari pH 1 hingga pH 8.
Apabila dilakukan perbandingan efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi antara
53
adsorben hasil sintesis dengan kiesel gel, adsorben hasil sintesis memiliki efisiensi
adsorpsi dan daya adsorpsi lebih besar dari pada kiesel gel 60G buatan E-Merck.
Pada adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis dan kiesel gel
60 G buatan E-Merck, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi juga cenderung
meningkat dari pH 1 hingga pH 8. Akan tetapi, pada adsorben hasil sintesis,
efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi mengalami penurunan pada pH 4 dan
mengalami peningkatan kembali pada pH 6. Sama halnya dengan adsorpsi ion
logam Ni(II),
adsorben hasil sintesis memiliki efisiensi adsorpsi dan daya
adsorpsi lebih besar dari pada kiesel gel 60G buatan E-Merck. Hal ini
menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis memiliki kemampuan adsorpsi yang
lebih baik daripada kiesel gel 60G buatan E-Merck.
Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan adanya adsorpsi ion logam oleh
adsorben hasil sintesis. Kemampuan adsorpsi disebabkan oleh adanya gugus aktif
silanol (
dan siloksan (
) pada permukaan adsorben.
Adanya kedua gugus tersebut diketahui dari interpretasi spektra FTIR dan
mmol/gram keasaman adsorben. Semakin besar mmol/gram keasaman maka
semakin banyak jumlah gugus silanol sehingga kemampuan mendonorkan proton
semakin besar. Nilai keasaman adsorben hasil sintesis (ADHNO3) lebih besar
dibanding keasaman adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck, sehingga
kemampuan adsorpsi oleh adsorben hasil sintesis (ADHNO3) terhadap ion logam
Ni(II) dan Zn(II) lebih besar dibanding adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck.
Hal ini sesuai dengan data penelitian pada Tabel 11 dan Tabel 12.
54
Interaksi antara ion logam Ni(II) dan Zn(II) dengan permukaan adsorben
dipengaruhi oleh pH medium. Derajat keasaman dapat mempengaruhi proses
adsorpsi ion logam dalam larutan, karena keberadaan ion H+ dalam larutan akan
berkompetisi dengan kation logam untuk berikatan dengan situs aktif pada
permukaan adsorben. Selain itu pH juga akan mempengaruhi spesies ion yang ada
dalam larutan sehingga akan mempengaruhi terjadinya interaksi ion logam dengan
situs aktif adsorben (Lestari, 2003 dalam Darmayanti, Rahman, & Supriadi, 2012:
162).
Pada pH 1, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan
E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,2534 dan 1,2449
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 50,3090 dan
49,9670 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0103 dan 0,0045
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 1,8685 dan
0,8311 %. Pada pH 2, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G
buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,2980 dan
1,2449 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah
52,0999 dan 51,7688 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G
buatan E-Merck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0114 dan
0,0062 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah
2,7031 dan 1,1389 %.
Pada kondisi pH asam (pH << 3) di bawah Point of Zero Charge (PZC)
silika, gugus fungsi silanol pada permukaan silika bermuatan positif (Kosmulski,
55
1998). Hal ini disebabkan gugus fungsi silanol yang terdapat pada permukaan
adsorben terprotonasi, sehingga terjadi pengikatan ion hidrogen (H+) (Buhani et
al., 2009: 308). Reaksi pengikatan ion hidrogen oleh gugus silanol dapat dilihat
pada Gambar 18. Gugus fungsi siloksan pada permukaan silika tidak mengalami
perubahan muatan. Hal ini disebabkan oleh ikatan pada gugus siloksan merupakan
ikatan kovalen, sehingga adanya perubahan kondisi pH dalam larutan tidak akan
berpengaruh pada spesies gugusnya.
Si
OH
Si
OH2+
Si
OH2+
+
+H
Si
OH
Gambar 18. Pengikatan Ion Hidrogen oleh Gugus Fungsi pada Permukaan
Adsorben
Sementara itu, spesi ion logam Ni terdapat dalam bentuk Ni2+. Hal ini
disebabkan pada pH kurang dari 7,5 spesi ion logam Ni dalam larutan berada pada
bentuk Ni2+ (Plyasunova et al., 1998: 48) dan spesi ion logam Zn, pada pH kurang
dari 7 terdapat dalam bentuk Zn2+ (Krezel dan Maret, 2016: 7). Distribusi spesies
ion logam Ni dan Zn dalam larutan dengan variasi pH dapat dilihat pada Gambar
19 dan Gambar 20.
Oleh karena pada kondisi asam permukaan adsorben pada gugus silanol
bermuatan positif, dan ion logam yang terdapat pada larutan juga bermuatan
positif, maka akan terjadi tolakan antara permukaan adsorben dengan ion logam,
sehingga adsorpsinya rendah (Buhani dkk., 2009). Adsorpsi yang rendah ini
terjadi pada gugus siloksan, di mana terjadi ikatan kovalen koordinasi dari atom O
dengan ion logam. Reaksi antara permukaan adsorben pada gugus fungsi silanol
56
dan ion logam dalam larutan dengan pH asam dapat dilihat pada Gambar 21.
Reaksi antara permukaan adsorben pada gugus fungsi siloksan dan ion logam
dalam larutan dengan pH asam dapat dilihat pada Gambar 22.
Gambar 19. Distribusi Spesies Ion Logam Ni(II) (Baes& Mesmer, 1976 dalam
Plyasunova et al., 1998: 48)
: [Zn(H2O)x]2+
: [Zn(OH)(H2O)x-1]+
: [Zn(OH)2(H2O)x-2]
: [Zn(OH)3(H2O)x-3]: [Zn(OH)4]2-
Gambar 20. Distribusi Spesies Ion Logam Zn(II) (Krezel & Maret, 2016: 5)
57
OH2+
Si
Si
+ Ni
2+
OH2+
Si
Si
OH2+
+ Zn2+
OH2+
Gambar
21.+Reaksi antara Gugus Silanol pada Permukaan Adsorben dan Ion
Si
OH
2
2-n + Larutan dengan pH Asam
+ Logam
[Ni(OH)ndalam
]
+
Si Si OH2
Si
Si
O + Ni2+
O
Ni
O
Si
Si
Si
O +
Si
Zn2+
Si
Si
Si
Si
O
Zn
O
Si
Gambar 22. Reaksi antara Gugus Siloksan pada Permukaan Adsorben dan Ion
Logam dalam Larutan dengan pH Asam
Pada pH 4, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan
E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,3246 dan 1,3189
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 53,1667 dan
52,9383 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0110 dan 0,0105
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 2,0079 dan
1,9066 %. Pada pH 6, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G
buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,4446 dan
1,4128 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah
57,9810 dan 56,7075 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G
buatan E-Merck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0150 dan
0,01453 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah
2,7322 dan 2,6308 %.
58
Berdasarkan data hasil penelitian tersebut, pada pH 4 - 6 adsorpsi ion
logam relatif meningkat. Hal ini disebabkan oleh adanya pemutusan proton yang
terjadi pada permukaan silanol sehingga permukaan silika bermuatan negatif
(Sulastri, Kristianingrum, & Arianingrum, 2004: 64). Hal ini memungkinkan
gugus aktif pada permukaan adsorben berperan sebagai donor pasangan elektron,
yang dapat berinteraksi dengan ion logam melalui pembentukan ikatan kovalen
koordinasi menghasilkan senyawa kompleks (Buhani dkk., 2012: 268). Reaksi
pemutusan proton pada gugus silanol dapat dilihat pada Gambar 23.
Si
OH
Si
O-
Si
-
+ OHSi
+
OH
H2O
O
Gambar 23. Pemutusan Proton pada Permukaan Silanol
Oleh karena pada kondisi pH 4 – 6 permukaan adsorben bermuatan negatif, dan
ion logam yang terdapat pada larutan bermuatan positif, yaitu dalam bentuk spesi
ion logam Ni2+ dan Zn2+, maka akan terjadi tarik-menarik antara permukaan
adsorben dengan ion logam, sehingga efisiensi adsorpsinya meningkat. Reaksi
antara gugus fungsi silanol dengan ion logam Ni(II) dan Zn(II) dapat dilihat pada
Gambar 24. Reaksi antara gugus fungsi siloksan dengan ion logam Ni(II) dan
Zn(II) dapat dilihat pada Gambar 25.
Pada pH 8, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan
E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 2,4537 dan 2,4532
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 98,4845 dan
98,4640 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,4330 dan 0,4165
59
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 78,4139 dan
75,4191 %.
Si
Si
O-
O
2+
Ni
+ Ni
Si
O-
Si
O-
Si
O
Si
O
2+
Zn
+ Zn
Si
Si
O-
O
Gambar 24. Reaksi antara Gugus Fungsi Silanol pada Permukaan Adsorben
dengan Ion Logam pada pH 4-6
Si
O +
Si
Ni2+
Si
Si
Si
O
Ni
O
Si
O +
Si
Zn2+
Si
Si
Si
Si
O
Zn
O
Si
Gambar 25. Reaksi antara Gugus Fungsi Siloksan pada Permukaan Adsorben
dengan Ion Logam pada pH 4-6
Pada pH 8, daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan
Zn(II) meningkat. Hal ini disebabkan oleh mengendapnya ion logam dalam
limbah cair elektroplating membentuk endapan hidroksida logam sebelum
dilakukan proses adsorpsi. Ion logam Zn dalam larutan mulai mengendap apabila
pH larutan mencapai 6,5 – 7. Pengendapan menjadi sempurna apabila pH larutan
mencapai 8 – 9, dimana konsentrasi ion logam Zn berkurang sampai dibawah 10-5
mol/liter. Sedangkan ion logam Ni dalam larutan mulai mengendap apabila pH
larutan mencapai 7, dan pengendapan menjadi sempurna apabila pH larutan
60
mencapai pH 8 (Svehla, 1985: 85). Berdasarkan penelitian ini, diperoleh adsorpsi
ion logam Ni(II) dan Zn(II) paling optimum terjadi pada pH 6.
Dalam proses adsorpsi, reaksi antara adsorben dengan adsorbat dapat
digambarkan dengan menggunakan prinsip HSAB (Hard Soft Acid Base) yang
diusulkan oleh Pearson. Menurut prinsip HSAB, spesies ion yang termasuk dalam
golongan asam keras akan bereaksi dengan golongan basa keras, dan asam lunak
akan bereaksi dengan basa lunak. Berdasarkan Tabel 2 mengenai klasifikasi
lunak-keras asam-basa lewis, logam Ni(II) dan Zn(II) merupakan logam golongan
asam madya, sedangkan atom O pada SiO- merupakan golongan basa keras
(Sugiyarto dkk., 2013: 113).
Berdasarkan hasil penelitian, adsorpsi adsorben hasil sintesis (ADHNO3)
terhadap ion logam Ni(II) memiliki efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi lebih
besar daripada ion logam Zn(II). Menurut prinsip HSAB, seharusnya efisiensi
adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) adalah sama, karena kedua
ion logam tersebut berada dalam satu golongan asam madya. Namun, pada
penelitian ini, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II)
berbeda. Hal ini disebabkan oleh adanya kompetisi antara ion logam Ni(II) dan
Zn(II) dalam berikatan dengan gugus aktif adsorben. Jumlah ion logam Ni(II)
yang lebih besar daripada ion logam Zn(II), konsentrasi Ni(II) dalam limbah
adalah 12,4577 ppm dan Zn(II) adalah 2,7615 ppm, menyebabkan ion logam
Ni(II) dapat mendesak keberadaan ion logam Zn(II), sehingga kemungkinan ion
logam Zn(II) untuk berikatan dengan adsorben kecil. Menurut Xiao dan Thomas
(2004: 4574), pada skala konsentrasi yang kecil, jumlah konsentrasi logam yang
61
diadsorpsi meningkat apabila jumlah konsentrasi logam dalam larutan meningkat.
Atau dengan kata lain, apabila konsentrasi ion logam dalam larutan tinggi, maka
jumlah logam yang diadsorpsi lebih tinggi.
Selain itu, perbedaan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II)
dan Zn(II) disebabkan oleh radius hidrasi dari masing-masing ion logam. Dalam
limbah cair elektroplating, selain ion logam juga terdapat molekul air. Adanya
molekul air akan mengelilingi ion logam Ni(II) dan Zn(II) membentuk lapisan
hidrat. Ketebalan lapisan hidrasi atau jari-jari hidrasi pada setiap logam berbeda,
bergantung pada jari-jari ion logam. Semakin besar jari-jari ion, maka semakin
kecil gaya elektrostatiknya, sehingga semakin lemah kemampuan ion tersebut
untuk menarik molekul-molekul air ke arahnya dan jari-jari hidrasinya semakin
kecil (Marcus, 1994: 115). Skematis radius ion yang terhidrasi dengan medan
elektrostatis dapat dilihat pada Gambar 26.
a
b
Gambar 26. Skema Radius Ion yang Terhidrasi dengan Medan Elektrostatis (a)
Tinggi (b) Rendah (Marcus, 1994: 115)
Jari-jari ion logam Ni(II) (1,24 Å) lebih besar daripada jari-jari ion logam
Zn(II) (0,69 Å). Hal ini menyebabkan jari-jari hidrasi dari ion logam Ni kecil.
Spesies ion logam dengan jari-jari hidrasi yang kecil akan lebih mudah untuk
62
berdifusi ke struktur adsorben, sehingga adsorpsinya meningkat (Xiao & Thomas,
2004: 4571). Berdasarkan hal tersebut, dapat dijelaskan bahwa kecilnya daya
adsorpsi ion logam Zn disebabkan oleh jari-jari ionnya yang lebih kecil dibanding
dengan ion logam Ni(II), gaya elektrostatik ion logam Zn menjadi relatif besar
sehingga kemampuan ion Zn2+ menarik molekul air di lingkungannya lebih besar.
Dengan besarnya kemampuan ion Zn2+ dalam menarik molekul air, maka jari-jari
hidrasinya menjadi lebih besar, sehingga mobilitas pergerakan ion Zn2+ lebih sulit
ke permukaan adsorben.
8. Spektra FTIR Sebelum dan Sesudah Adsorpsi
Berdasarkan perbandingan spektra FTIR antara adsorben hasil sintesis
sebelum dan sesudah adsorpsi pada pH 6, menunjukkan bahwa terdapat
pergeseran bilangan gelombang dan perubahan intensitas. Hal ini disebabkan oleh
adanya perubahan lingkungan elektronik gugus silanol dan siloksan karena
adanya ion OH- dari medium elektrolit yang ditambahkan untuk mengatur kondisi
pH larutan dan ion logam yang terdapat dalam limbah cair industri elektroplating.
Pada spektra FTIR adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi, terdapat pita
yang melebar pada bilangan gelombang 3434,18 cm-1 yang menunjukkan adanya
vibrasi regangan gugus
OH- dari gugus fungsi silanol (Si – OH). Bilangan
gelombang ini mengalami pergeseran setelah dilakukan adsorpsi menjadi 3432,39
cm-1. Keberadaan gugus OH- pada adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi
diperkuat oleh adanya vibrasi bengkokan OH- pada bilangan gelombang 1640,13
63
cm-1, yang mengalami pergeseran bilangan gelombang setelah dilakukan adsorpsi
menjadi 1639,02 cm-1.
Pita serapan yang menunjukkan vibrasi regangan asimetri Si – O dari
gugus Si – O – Si pada bilangan gelombang 1076,41 cm-1 pada adsorben hasil
sintesis sebelum adsorpsi mengalami pergeseran bilangan gelombang setelah
dilakukan adsorpsi menjadi 1080,81 cm-1. Keberadaan Si – O dari gugus Si – O –
Si diperkuat oleh adanya vibrasi bengkokan Si – O pada bilangan gelombang
460,97 cm-1 yang mengalami pergeseran setelah dilakukan adsorpsi menjadi
460,74 cm-1. Selain adanya gugus silanol dan siloksan, hasil analisis spektra FTIR
adsorben sebelum dan sesudah adsorpsi juga menunjukkan adanya gugus Si – H.
Pada adsorben sebelum adsorpsi, keberadaan gugus Si – H ditunjukkan dengan
adanya pita serapan vibrasi regangan pada bilangan gelombang 2360,31 cm-1, dan
mengalami pergeseran setelah dilakukan adsorpsi menjadi 2362,62 cm-1.
Secara umum pola spektra FTIR dari adsorben hasil sintesis memiliki
kesamaan dengan pola spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck sebelum dan
sesudah adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II). Adanya kesamaan ini menunjukkan
bahwa adsorben hasil sintesis memiliki kesamaan gugus fungsional dengan kiesel
gel 60G buatan E-Merck. Hal tersebut menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis
memiliki potensi untuk dijadikan sebagai adsorben ion logam Ni(II) dan Zn(II).
64
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut:
1. Adsorben hasil sintesis dari abu vulkanik gunung kelud memiliki karakter
gugus fungsi yang mirip dengan kiesel gel 60 G buatan E-Merck. Karakter
porositas adsorben memiliki luas permukaan adsorben sebesar 144,744 m2/g,
volume total pori 0,771 cm3/g dan jari-jari ukuran pori 106,54 Å. Kadar air
dan keasaman adsorben secara berurutan adalah 9,00% dan 5,6859
mmol/gram.
2. Daya adsorpsi dan efisiensi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II)
yang paling optimum secara berurutan adalah 1,44462 mg/g dan 57,98%.
Daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion
logam Zn(II) yang paling optimum secara berurutan adalah 0,01509 mg/g
dan 2,73%.
3. pH optimum dalam uji daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion
logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating adalah 6.
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka penulis memberikan
saran sebagai berikut:
1. Perlu adanya pengkajian dan pengembangan lebih lanjut terkait modifikasi
gugus aktif pada permukaan adsorben dari bahan dasar abu vulkanik dengan
65
bahan organik yang mampu meningkatkan daya dan efisiensi adsorpsi
terhadap ion logam.
2. Perlu adanya pengkajian dan pengembangan lebih lanjut terkait metode yang
digunakan dalam adsorpsi ion logam dalam limbah oleh adsorben hasil
sintesis.
66
DAFTAR PUSTAKA
Aina, H., Nuryono, & Tahir, I. (2007). Sintesis Aditif Semen Β -Ca2SiO4 dari Abu
Sekam Padi dengan Variasi Temperatur Pengabuan. Makalah disajikan
dalam Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Matematika dalam Industri di
UKSW.
Anonim. (1996). Analytical Methods for Atomic Absorption Spectroscopy. United
State of America: Perkin-Elmer Corporation.
Atkins, P. (1999). Kimia Fisika Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Azizah, Y. M. (2015). Sintesis Silika Gel dari Abu Vulkanik Gunung Kelud
dengan Asam Nitrat (HNO3) dan Uji Adsorptivitasnya terhadap Ion Logam
Kromium(VI) dan Timbal(II). Skripsi tidak diterbitkan, Universitas Negeri
Yogyakarta, Yogyakarta.
Brinker, C. J., & Scherer, G. W. (1990). Sol-Gel Science: The Physics and
Chemistry of Sol-Gel Processing. 1250 Sixth Avenue, San Diego, CA 92101:
Academic Press Inc.
Buhani, Narsito, Nuryono, & Kunarti, E. S. (2009). Influence of pH Toward
Interaction of Metal Ions Cd(II) and Cu(II) by Mercapto-Silica Hybrid
Adsorbent in Aqueous Solution. Proseding Seminar Nasional Kimia dan
Pendidikan Kimia, 300-310.
Buhani, Narsito, Nuryono, & Kunarti, E. S. (2010). Production of metal ion
imprinted polymer from mercapto-silica through sol-gel process as selective
adsorbent of cadmium. Desalination, 251(1–3), 83–89.
Buhani, Narsito, Nuryono, & Kunarti, E. S. (2012). Proses Sol Gel dalam
Pembuatan Hibrida Merkapto-Silika untuk Adsorpsi Ion Cu(II) dalam
Larutan. Jurnal Manusia Dan Lingkungan, 19(3), 264–272.
Companion, A. L. (1991). Ikatan Kimia. Bandung: Penerbit ITB.
Cotton, F. A., & Wilkinson, G. (1972). Advanced Inorganic Chemistry. Canada:
Interscience Publisher.
Darmayanti, Rahman, N., & Supriadi. (2012). Adsorpsi Timbal ( Pb ) dan Zink (
Zn ) dari Larutannya Menggunakan Arang hayati ( Biocharcoal ) Kulit
Pisang Kepok Berdasarkan Variasi pH. Jurnal Akad Kim, 1(4), 159–165.
Essien, E. R., Olaniyi, O. A., Adams, L. A., & Shaibu, R. O. (2012). Sol-GelDerived Porous Silica : Economic Synthesis and Characterization. Journal of
Minerals and Materials Characterization and Engineering, 11(October),
976–981.
67
Fahmiati, Nuryono, & Narsito. (2006). Adsorption Thermodynamics of Cd ( II ),
Ni ( II ), And Mg ( II ) on 3-Mercapto-1 , 2 , 4-Triazole Immobilized Silica
Gel. Indo. J. Chem, 6(1), 52–55.
Hadi, I., Arsa, M., & Sudiarta, I. W. (2006). Sintesis Silika Gel dari Abu Sekam
Padi dan Abu Limbah Pembakaran Batubata dengan Metode Presipitasi.
Jurnal Kimia, 7(1), 31–38.
He, F., Zhao, H., Qu, X., Zhang, C., & Qiu, W. (2009). Modified aging process
for silica aerogel. Journal of Materials Processing Technology, 209(3),
1621–1626.
Ikhsan, J., Johnson, B. B., & Wells, J. D. (1999). A Comparative Study of the
Adsorption of Transition Metals on Kaolinite. Journal of Colloid and
Interface Science, 410, 403–410.
Jufrianto, Martin, A., & Nasruddin. (2014). Simulasi CFD ANG Storage dengan
Metana sebagai Adsorbat dan Karbon Aktif sebagai Adsorbennya. Jom
FTEKNIK, 1(2), 1–12.
Kalapathy, U., Proctor, A., & Shultz, J. (2002). An improved method for
production of silica from rice hull ash. Bioresource Technology, 85(3), 285–
289.
Kasatriyanto, B. (2014). Erupsi Gunung Kelud , Candi Borobudur ditutup.
Diambil
pada
tanggal
16
September
2016
dari
http://www.kebudayaan.kemdikbud.go.id
Khalis, A., Dewi, S. M., & Wisnumurti. (2016). Kajian abu vulkanik gunung
kelud sebagai alternatif bahan penyusun batako berlubang.[Versi Elektronik].
Sipil Student Journal,341, 1-11.
Khopkar, S. M. (2010). Konsep Dasar Kimia Analitik. (A. Saptorahardjo, Ed.).
Jakarta: UI Press.
Kosmulski, M. (1998). Sorption of Heavy Metal Cations on Silica. In Adsorption
on Silica Surface (pp. 399–438).
Krezel, A., & Maret, W. (2016). The biological inorganic chemistry of zinc ions.
Archives of Biochemistry and Biophysic, xxx, 1–17.
Kristianingrum, S., & Siswani, E. D. (2016). Modifikasi Abu Vulkanik Kelud
2014 sebagai Bahan Adsorben Selektif Ion Logam Tembaga ( II )
Modification of Volcanic Ash Kelud 2014as Selective Adsorbent Material
For Copper ( II ) Metal Ion. Jurnal Sains Dasar, 5(1), 7–16.
Kristianingrum, S., Siswani, E. D., & Fillaeli, A. (2011). Pengaruh Jenis Asam
pada Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse dan Uji Sifat Adsorptivitasnya
68
terhadap Ion Logam Tembaga (II) (pp. 281–292).
Lelifajri. (2010). Adsorpsi Ion Logam Cu ( II ) Menggunakan Lignin dari Limbah
Serbuk Kayu Gergaji. Jurnal Rekayasa Kimia Dan Lingkungan, 7(3), 126–
129.
Lide, D. R. (2002). Handbook of Chemistry and Physics (83rd ed.). United State
of America: CRC Press.
Marcus, Y. (1994). A simple empirical model describing the thermodynamics of
hydration of ions of widely varying charges , sizes , and shapes. Biophysical
Chemistry, 51(1994), 111–127.
Marwati, S., Padmaningrum, R. T., & Marfuatun. (2007). Karakterisasi Sifat
Fisika-Kimia Limbah Cair Industri Elektroplating. Diambil pada tanggal 16
September 2016 dari http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/penelitian/Siti
Marwati, M.Si./B6.pdf
Mujiyanti, D. R., Nuryono, & Kunarti, E. S. (2010). Sintesis dan Karakterisasi
Silika Gel dari Abu Sekam Padi yang Diimobilisasi dengan 3(Trimetoksisilil)-1-Propantiol. Jurnal Sains Dan Terapan Kimia, 4(2), 150–
167.
Nurdila, F. A., Asri, N. S., & Suharyadi, E. (2015). Adsorpsi Logam Tembaga
(Cu), Besi (Fe) dan Nikel (Ni) dalam Limbah Cair Buatan Menggunakan
Adsorben Nanopartikel Cobalt Ferrite (CoFe2O4). Jurnal Fisika Indonesia,
XIX(April), 204–207.
Nurhasni, Salimin, Z., & Nurifitriyani, I. (2013). Pengolahan Limbah Industri
Elektroplating Dengan Proses Koagulasi Flokulasi. Jurnal Valensi, 3(1), 41–
48.
Nuryono, & Narsito. (2005). Effect of Acid Concentration on Characters of Silica
Gel Synthesized from Sodium Silicate. Indonesian Journal Chemical, 5(1),
23–30.
Padmaningrum, R. T., & Marwati, S. (2008). Rancangan Pengolahan Limbah Cair
Industri Elektroplating (pp. 85–90).
Plyasunova, N. V, Zhang, Y., & Muhammed, M. (1998). Critical evaluation of
thermodynamics of complex formation of metal ions in aqueous solutions .
IV . Hydrolysis and hydroxo-complexes of Ni t. Hydrometallurgy, 48(1998),
43–63.
Prastiyanto, A., Azmiyawati, C., & Darmawan, A. (2008). Pengaruh Penambahan
Merkaptobenzotiazol (MBT) terhadap Kemampuan Adsorpsi Gel Silika dari
Kaca pada Ion Logam Kadmium. [Versi Elektronik]. Jurnal Eprints Undip,
2, 1-13.
69
Priadi, C. R., Anita, Sari, P. N., & Moersidik, S. S. (2014). Adsorpsi Logam Seng
(Zn) dan Timbal (Pb) pada Limbah Cair Industri Keramik oleh Tanah Liat.
Reaktor, 15(1).
Prihantoro, T. (2014). Candi Borobudur Dinyatakan Siaga Bencana. Diambil
pada tanggal 12 Juni 2016 dari suaramerdeka.com/v1/index.php/read/news
/2014/02/14/191068/Candi-Borobudur-Dinyatakan-Siaga-Bencana
Rahmayanti, F., & MZ, S. (2013). Pemanfaatan Limbah Batang Jagung Sebagai
Adsorben Alternatif Pada Pengurangan Kadar Klorin Dalam Air Olahan
(Treated Water). Jurnal Teknik Kimia USU, 2(2), 1–5.
Rida, M. A., & Harb, F. (2014). Synthesis and Characterization of Amorphous
Silica Nanoparitcles from Aqueous Silicates Uisng Cationic Surfactants.
Journal of Metals, Materials and Minerals, 24(1), 37–42.
Rosmawati, A., Tjahjanto, R. T., & Prananto, Y. P. (2013). Variasi Metode
Preparasi Gel pada Sintesis Aerogel Silika dari Lumpur Lapindo. Kimia
Student Journal, 1(2), 161–167.
Rouquerolt, J., Avnir, D., Fairbridge, C. W., Everett, D. H., Haynes, J. H.,
Pernicone, N., Unger, K. K. (1994). Recommendations for the
characterization of porous solids. Pure & Appl. Chem., 66(8), 1739–1758.
Santamarina, J. C., Klein, K. A., Wang, Y. H., & Prencke, E. (2002). Specific
surface: determination and relevance. Canadian Geotechnical Journal, 39(1),
233–241.
Saputra, R. M., Rudiyansyah, & Wahyuni, N. (2014). Sintesis Dan Karakterisasi
Silika Gel Dari Limbah Kaca Termodifikasi Asam Stearat. Jurnal Kimia
Khatulistiwa, 3(3), 36–42.
Sastrohamidjojo, H. (1992). Spektroskopi Inframerah. Yogyakarta: Liberty.
Settle, F. A. (1997). Handbook Of Instrumental Techniques For Analytical
CHemistry. (F. A. Settle, Ed.). United State of America: Prentice Hal PTRl.
Sinaga, B., Sembiring, M., & Lubis, A. (2015). Dampak Ketebalan ABu Vulkanik
Erupsi Gunung Sinabung terhadap SSifat Biologi Tanah di Kecamatan
Naman Teran Kabupaten Karo. Jurnal Online Agroekoteknologi, 3(3), 1159–
1163.
Sriyanti, Taslimah, Narsito, & Nuryono. (2005). Pengaruh Keasaman Medium
Dan Imobilisasi Gugus Organik Pada Karakter Silika Gel Dari Abu Sekam
Padi. JSKA, VIII(3), 1–12.
Stuart, B. (2004). Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. John
Willey & Sons.
70
Sudarlin. (2016). Prinsip dan Teknik Penggunaan Gas Sorption Analyzer ( GSA ).
Diambil pada tanggal 15 April 2017 dari http://doi.org
Sugiyarto, K., Sutrisno, H., & Suyanti, R. D. (2013). Dasar-Dasar Kimia
Anorganik Nonlogam. Yogyakarta: UNY Press.
Sukardja. (1997). Kimia Fisika. Jakarta: PT Rineka Cipta.
Sulastri, S., Kristianingrum, S., & Arianingrum, R. (2004). Pengaruh Perendaman
PasirMalelo dengan HNO3 terhadap Efisiensi Penjerapan Kromium. Jurnal
Penelitian Saintek, 9(1), 51–68.
Suntoro, Widijanto, H., Sudadi, & Sambodo, E. E. (2014). Dampak Abu Vulkanik
Erupsi Gunung Kelud dan Pupuk Kandang terhadap Ketersediaan dan
Serapan Magnesium Tanaman Jagung di Tanah Alfisol. Jurnal Ilmu Tanah
Dan Agroklimatologi, 11(2), 69–76.
Svehla, G. (1985). Vogel Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan
Semimikro (5th ed.). Jakarta: PT. Kalman Media Pusaka.
Weintraub, S. (2001). Demystifying Silica Gel. Object Specialty Group
Postprints, 9, 24.
Xiao, B., & Thomas, K. M. (2004). Competitive Adsorption of Aqueous Metal
Ions on an Oxidized Nanoporous Activated Carbon Competitive Adsorption
of Aqueous Metal Ions on an. Langmuir, 20(June), 4566–4578.
Zielinski, J. M., & Kettle, L. (2013). Physical Characterization : Surface Area and
Porosity. Intertek Chemicals and Pharamaceuticals, (April), 1–7.
https://doi.org/Intertek Chemicals & Pharmaceuticals, Allentown, USA
71
72
L ampiran 1. Perhitungan Efisiensi Produktivitas Silika Gel Hasil Sintesis
Massa 6 gram abu vulkanik gunung kelud diasumsikan bahwa silika yang
terkandung dalam abu bereaksi seluruhnya membentuk natrium silikat. Efisiensi
Produktivitas silika gel hasil sintesis adalah sebagai berikut:
Massa silika gel per 6 gram abu Kelud
=
Maka,
Massa silika gel per 6 gram abu Kelud
=
= 6 gram
Berat adsorben silika yang dihasilkan : 3,824 gram
Efisiensi produktivitas
=
=
= 63,73%
73
Lampiran 2. Pembuatan Larutan Asam Nitrat dengan Konsentrasi 3 M
Pembuatan asam nitrat diawali dengan menentukan molaritas awal dari
larutan asam tersebut.
1.
Penentuan Molaritas Awal Asam Nitrat (HNO3)
Konsentrasi asam nitrat pekat : 65%
: 1,41 g/cm3
Massa jenis
Molaritas HNO3
=
=
= 14,54 M
2.
Pembuatan asam nitrat 3 M
Asam nitrat (HNO3) dengan konsentrasi 3 M didapatkan dari pengenceran asam
nitrat pekat 14,54 M dengan menggunakan rumus:
V1 x M1 = V2 x M2
Keterangan:
V1
: Volume larutan induk (mL)
M1
: Konsentrasi larutan induk (M)
V2
: Volume larutan pengenceran (mL)
M2
: Konsentrasi larutan pengenceran (M)
Maka,
V1 x M1 = V2 x M2
V1 x 14,54 M = 1000 mL x 3 M
V1 = 206,3 mL
74
Lampiran 3. Standarisasi Larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M
1.
Standarisasi NaOH 0,1 M untuk uji keasaman adsorben
Standarisasi larutan NaOH dilakukan dengan menggunakan asam oksalat
(H2C2O4. 2H2O) dengan persamaan reaksi sebagai berikut:
2NaOH(aq) + H2C2O4(aq) → Na2C2O4(aq) + 2H2O(l)
a. Membuat larutan NaOH 0,1 M
1) Menimbang 0,4 gram kristal natrium hidroksida
2) Melarutkan kristal NaOH dengan 50 mL akuades dalam beaker glass 100 mL
dan mengaduknya hingga semua kristal melarut
3) Memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100 mL dan menambahkan
akuades hingga tanda batas, kemudian mengocoknya hingga homogen.
b. Membuat larutan H2C2O4 0,1 M
1) Menimbang 1,26 gram kristal asam oksalat
2) Melarutkan kristal H2C2O4.2H2O dengan 50 mL akuades dalam beaker glass
100 mL dan mengaduknya hinggga kristal melarut
3) Memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100mL dan menambahkan
akuades hingga tanda batas, kemudian mengocoknya hingga homogen.
c. Standarisasi larutan NaOH 0,1 M dengan larutan H2C2O4 0,1 M
1) Memasukkan 5 mL larutan asam oksalat ke dalam erlemeyer 100 mL dan
menambahkan 2 tetes indikator PP.
2) Memasukkan larutan NaOH yang akan distandarisasi ke dalam buret.
75
3) Menitrasi larutan asam oksalat dengan larutan NaOH hingga terjadi
perubahan warna dari merah muda menjadi tak berwarna dan mengulangi
titrasi sebanyak 3 kali (triplo)
4) Mencatat volume hasil titrasi dan menghitung molaritas NaOH yang
sebenarnya.
Volume titrasi
:
1. 10,4 mL
2. 10,5 mL
3. 10,4 mL
Volume rata-rata
: 10,43 mL
VNaOH
= VH2C2O4 x MH2C2O4
x MNaOH
10,43 mL x MNaOH
MNaOH
2.
= 5 mL x 0,1 M
= 0,0958 M
Standarisasi HCl 0,1 M untuk keasaman
Standarisasi larutan HCl 0,1 M dilakukan dengan menggunakan natrium boraks
(Na2B4O7.10H2O). Reaksinya adalah sebagai berikut:
Na2B4O7.10H2O(aq) + HCl(aq) → 2NaCl(aq) + 4H3BO3(aq) + 5H2O(l)
a. Membuat larutan HCl 0,1 M
Pembuatan asam klorida diawali dengan menentukan molaritas awal dari
larutan asam tersebut.
1) Penentuan Molaritas Awal Asam Klorida (HCl)
Konsentrasi asam nitrat pekat
: 37%
Massa jenis
: 1,18 g/cm3
76
Molaritas HCl
=
=
= 11,96 M
2) Pembuatan asam klorida 0,1 M
Asam Klorida (HCl) dengan konsentrasi 0,1 M didapatkan dari pengenceran
asam klorida pekat 11,96 M dengan menggunakan rumus:
V1 x M1 = V2 x M2
Keterangan:
V1
: Volume larutan induk (mL)
M1
: Konsentrasi larutan induk (M)
V2
: Volume larutan pengenceran (mL)
M2
: Konsentrasi larutan pengenceran (M)
Maka,
V1 x M1 = V2 x M2
V1 x 11,96 M = 1000 mL x 0,1 M
V1 = 8,3 mL
b. Membuat larutan Na2B4O7 0,1 M
1) Menimbang 3,184 gram kristal Na2B4O7.10H2O
2) Melarutkan kristal Na2B4O7.10H2O dengan 50 mL akuades dalam beaker
glass 100 mL dan mengaduknya hinggga kristal melarut
3) Memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100mL dan menambahkan
akuades hingga tanda batas, kemudian mengocoknya hingga homogen.
77
c. Standarisasi larutan HCl 0,1 M dengan larutan Na2B4O7.10H2O 0,1 M
1) Memasukkan 5 mL larutan natrium boraks ke dalam erlemeyer 100 mL dan
menambahkan 2 tetes indikator MO.
2) Memasukkan larutan HCl yang akan distandarisasi ke dalam buret.
3) Menitrasi larutan natrium boraks dengan larutan HCl hingga terjadi
perubahan warna dari kuning menjadi jingga dan mengulangi titrasi sebanyak
3 kali (triplo)
4) Mencatat volume hasil titrasi dan menghitung molaritas HCl yang
sebenarnya.
Volume titrasi
:
1. 14 mL
2. 13,9 mL
3. 14,1 mL
Volume rata-rata
: 14 mL
n x VHCl
= n x VNa2B4O7 x MNa2B4O7
x MHCl
1 x 14 mL x MHCl
= 2 x 5 mL x 0,1 M
MHCl
= 0,0714 M
78
Lampiran 4. Penentuan Keasaman Adsorben
Pada penentuan keasaman adsorben hasil sintesis digunakan larutan NaOH
dan HCl yang telah distandarisasi. Berdasarkan proses standarisasi diperoleh hasil
konsentrasi larutan NaOH 0,1 M adalah 0,0958 M dan HCl 0,1 M adalah 0,0714
M. Penentuan jumlah NaOH yang bereaksi dengan adsorben hasil sintesis
dilakukan dengan menghitung selisih antara konsentrasi mmol NaOH awal
dengan konsentrasi mmol NaOH sisa. Jumlah mmol NaOH yang bereaksi
berbanding lurus dengan jumlah asam dalam sampel. Keasaman adsorben
ditentukan menggunakan rumus:
Keasaman (mmol/gram) =
=
1. Adsorben hasil sintesis (ADHNO3)
Keasaman (mmol/gram) =
=
=
= 5,600 mmol/gram
Keasaman (mmol/gram) =
=
=
= 5,7157 mmol/gram
79
Rata-rata keasaman
=
= 5,6578 mmol/gram
2. Kiesel gel 60G buatan E-Merck
Keasaman (mmol/gram)
=
=
=
= 5,6859 mmol/gram
Keasaman (mmol/gram)
=
=
=
= 5,6859 mmol/gram
Rata-rata keasaman
=
= 5,6859 mmol/gram
80
Lampiran 5. Data Perhitungan Keasaman Adsorben
Jenis Silika
Gel
Kiesel Gel
60
ADHNO3
Ulangan
1
2
1
2
Berat
Silika Gel
(gram)
0,1087
0,1140
0,1121
0,1154
Larutan NaOH (0,0958
M)
Volume
mmol (a)
(mL)
15
1,437
15
1,437
15
1,437
15
1,437
Larutan HCl (0,0714 M)
Volume
(mL)
11,6
11
11,2
11,2
81
mmol (b)
0,8282
0,7854
0,7996
0,7996
NaOH
yang
bereaksi
(a-b)
0,6088
0,6516
0,6374
0,6374
Keasaman (mmol/gram)
Ulangan
5,600
5,7157
5,6859
5,6859
Rata-rata
5,6578
5,6859
Lampiran 6. Penentuan Kadar Air Adsorben
Kadar air dalam adsorben hasil sintesis dihitung berdasarkan banyaknya air yang
dilepaskan oleh adsorben saat pemanasan per gram adsorben. Kadar air dihitung
dengan rumus:
Kadar air =
x 100%
Keterangan:
Massa awal= berat adsorben sebelum pemanasan pada temperatur 600 oC
Massa akhir= berat adsorben setelah pemanasan pada temperatur 600 oC
1.
Kadar air pada adsorben hasil sintesis
Ulangan 1.
Kadar air =
=
x 100%
x 100%
= 10%
Ulangan 2.
Kadar air =
=
x 100%
x 100%
= 8%
2.
Kadar air pada Kiesel gel 60G buatan E-Merck
Ulangan 1.
Kadar air =
=
x 100%
x 100%
82
= 6%
Ulangan 2.
Kadar air =
=
x 100%
x 100%
= 4%
Dengan mengasumsikan kandungan yang terdapat pada adsorben hanya
H2O dan SiO2, maka rumus molekul adsorben (SiO2.xH2O) dapat ditentukan
dengan rumus:
1.
% SiO2
= 100% - % H2O
x
=
Adsorben hasil sintesis
Kadar air =
= 9%
% SiO2
= 100% - % H2O
= 100% - 9%
= 91%
x
=
=
= 0,330
83
2. Adsorben Kiesel gel 60G
Kadar air =
= 5%
% SiO2
= 100% - % H2O
= 100% - 5%
= 95%
x
=
=
= 0,176
84
Lampiran 7. Data Perhitungan Kadar Air Adsorben
Kode Sampel
ADHNO3
AD Kiesel
Gel
Ulangan
Berat Krus
kosong
(gram)
Berat
Sampel
(gram)
Berat krus +
sampel
(gram)
1
2
1
2
35,197
35,009
35,094
31,979
0,05
0,05
0,05
0,05
35,247
35,059
35,144
32,029
85
Berat setelah
oven 4 jam T
= 1100C
(gram)
35,237
35,053
35,140
32,027
Berat setelah
Muffle 6 jam
T = 6000C
(gram)
35,232
35,049
35,137
32,025
Berat Air
Kadar Air
0,005
0,004
0,003
0,002
10%
8%
6%
4%
Lampiran 8. Pembuatan larutan induk Ni(II) 1000 ppm dan larutan standar
Ni(II) berbagai konsentrasi
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan kurva standar dari larutan standar dengan
variasi konsentrasi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5 ppm. Sebelumnya dilakukan pembuatan
larutan induk Ni(II) 1.000 ppm sebanyak 100 mL dari kristal Ni(NO3)2.2H2O.
Massa kristal Ni(NO3)2.6H2O yang dibutuhkan adalah
Massa Ni(NO3)2.6H2O =
=
= 495,44 mg
= 0,4954 g
Menimbang kristal Ni(NO3)2.6H2O sebanyak 0,4954 gram, dilarutkan dengan
akuades sebanyak 25 mL, kemudian memasukkan larutan tersebut ke dalam labu
ukur 100 mL dan diencerkan hingga tanda batas. Membuat larutan standar dengan
konsentrasi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5 ppm sebanyak 100 mL dengan cara
mengencerkan larutan induk Ni(II) 1000 ppm. Banyaknya larutan induk Ni(II)
yang diambil dihitung menggunakan rumus:
M1 x V1 = M2 x V2
Keterangan:
M1
= Konsentrasi larutan induk Ni(II)
V1
= Volume larutan induk Ni(II)
M2
= Konsentrasi larutan standar Ni(II)
V2
= Volume larutan standar Ni(II)
86
Lampiran 9. Pembuatan larutan induk Zn(II) 1000 ppm dan larutan standar
Zn(II) berbagai konsentrasi
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan kurva standar dari larutan standar dengan
variasi konsentrasi 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 dan 1,5 ppm. Sebelumnya dilakukan
pembuatan larutan induk Zn(II) 1.000 ppm sebanyak 100 mL dari kristal
Ni(NO3)2.2H2O. Massa kristal Zn(NO3)2.6H2O yang dibutuhkan adalah
Massa Zn(NO3)2.6H2O =
=
= 454,879 mg
= 0,4549 g
Menimbang kristal Zn(NO3)2.6H2O sebanyak 0,4549 gram, dilarutkan dengan
akuades sebanyak 25 mL, kemudian memasukkan larutan tersebut ke dalam labu
ukur 100 mL dan diencerkan hingga tanda batas. Membuat larutan standar dengan
konsentrasi 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 dan 1,5 ppm sebanyak 100 mL dengan cara
mengencerkan larutan induk Zn(II) 1000 ppm. Banyaknya larutan induk Zn(II)
yang diambil dihitung menggunakan rumus:
M1 x V1 = M2 x V2
Keterangan:
M1
= Konsentrasi larutan induk Ni(II)
V1
= Volume larutan induk Ni(II)
M2
= Konsentrasi larutan standar Ni(II)
V2
= Volume larutan standar Ni(II)
87
Lampiran 10. Kondisi analisis ion logam dengan Spektrofotometer Serapan
Atom
Kondisi optimum penentuan logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah elektroplating
sebelum dan susudah adsorpsi menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom
ditunjukkan dalam Tabel
No
Tabel 14. Kondisi untuk analisis AAS logam Ni dan Zn
Parameter
Ni
Zn
1.
Panjang gelombang
232,10 nm
213,9 nm
2.
Tipe nyala
AA (udara -asetilen)
AA (udara -asetilen)
3.
Sensitivitas
0,005 μg/mL
0,009 μg/mL
4.
Range kerja
3 – 12 μg/mL
0,4 – 1,6 μg/mL
5.
Batas Deteksi
0,008 μg/mL
0,001 μg/mL
88
Lampiran 11. Penentuan Persamaan Garis Regresi Linear larutan Standar
Ni(II) dan Zn(II)
A. Penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Ni(II)
1. Data absorbansi larutan Ni(II) dengan variasi konsentrasi
Tabel 15. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Ni(II)
No
1
2
3
4
5
6
Konsentrasi (ppm)
0
0,5
1
2
3
5
Absorbansi
0,0004
0,0196
0,0389
0,0751
0,1123
0,1948
Kurva Standar larutan Ni(II)
0,25
Absorbansi
0,2
y = 0,0386x - 0,0005
R² = 0,9993
0,15
0,1
0,05
0
0
-0,05
1
2
3
4
Konsentrasi (ppm)
Gambar 27. Kurva Standar Larutan Ni(II)
89
5
6
2.
Perhitungan persamaan garis regresi linear dan uji signifikasi garis regresi
Tabel 16. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Ni(II)
No
X (ppm)
Y (absorbansi)
X2
Y2
XY
1
0
0,0004
0
0,00000016
0
2
0,5
0,0196
0,25
0,0003842
0,0098
3
1
0,0389
1
0,0015132
0,0389
4
2
0,0751
4
0,00564
0,1502
5
3
0,1123
9
0,0126113
0,3369
6
5
0,1948
25
0,037947
0,974
Jumlah
11,5
0,4411
39,25
0,05809587
1,5098
Berdasarkan tabel di atas, dapat ditentukan garis regresi linear y = ax + b
a
=
=
=
= 0,0386
b
=
(
)
=
=
= -0,00047
3. Penentuan signifikasi korelasi X (konsentrasi larutan standar Ni(II) dengan Y
absorbansi)
Dengan teknik korelasi momen tangkar dari Pearson (product momet
correlation) dapat ditentukan korelasi X dan Y menggunakan rumus:
90
Rhitung =
√[
=
=
]
][
][
√[
√[
][
]
]
=
= 0,9996
Berdasarkan persamaan di atas dapat diketahui persamaan regresi linear
larutan standar Ni(II) adalah y = 0,0386x – 0,00047 dengan R = 0,9996. Harga R
kemudian dikonsultasikan dengan R momen tangkar dengan jumlah data 6 pada
taraf signifikasi 1%. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, diperoleh hasil
bahwa R hitung lebih besar dari R tabel (0,917). Dengan demikian, ada korelasi
signifikan antara X dan Y. Kurva standar Ni(II) dapat dilihat pada Gambar27.
4. Perhitungan linearitas garis regresi linear larutan standar Ni(II)
Sebelum persamaan garis regresi linear digunakan untuk menentukan
konsentrasi sampel, terlebih dahulu diuji linearitasnya. Uji linearitas dilakukan
dengan menggunakan rumus dan perhitungan sebagai berikut:
JKreg
=
=
= 0,0580
dbreg
=1
JKres
= ΣY2 - JKreg
= 0,05809587 - 0,0580
91
= 0,000090587
dbres
=n–2
=6–2
=4
R JKreg =
=
= 0,0580
R JKres =
=
= 0,00002264
Fhitung =
=
= 640,268
Harga Fhitung dikonsultasikan dengan harga F tabel dengan db (1,4) pada
taraf 1% yaitu 21,20. Harga F hitung lebih besar dari harga F tabel, maka dapat
disimpulkan bahwa persamaan regresinya adalah linear dan dapat digunakan
untuk menentukan konsentrasi Ni(II).
B. Penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Zn(II)
1. Data absorbansi larutan Zn(II) dengan variasi konsentrasi
Tabel 17. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Zn(II)
No
Konsentrasi (ppm)
Absorbansi
0
0,0589
1
0,1
0,0196
2
0,2
0,0389
3
0,4
0,0751
4
0,8
0,1123
5
1,5
0,1948
6
92
Kurva Standar Larutan Zn(II)
0,8
y = 0,4674x + 0,0589
R² = 0,9839
0,7
Absorbansi
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
Konsentrasi (ppm)
Gambar 28. Kurva Standar Larutan Zn(II)
2. Perhitungan persamaan garis regresi linear dan uji signifikasi garis regresi
Tabel 18. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Zn(II)
No
X (ppm)
Y (absorbansi)
X2
Y2
XY
1
0
0,0589
0
0,0034692
0
2
0,1
0,0839
0,01
0,0070392
0,00839
3
0,2
0,134
0,04
0,017956
0,0268
4
0,4
0,2562
0,16
0,0656384
0,10248
5
0,8
0,4944
0,64
0,2444314
0,39552
6
1,5
0,7284
2,25
0,5305666
1,0926
Jumlah
3
1,7558
3,1
0,8691008
1,62579
Berdasarkan tabel di atas, dapat ditentukan garis regresi linear y = ax + b
a
=
=
=
= 0,4674
b
=
(
)
93
=
=
= 0,0589
1. Penentuan signifikasi korelasi X (konsentrasi larutan standar Zn(II)
dengan Y absorbansi)
Dengan teknik korelasi momen tangkar dari Pearson (product momet
correlation) dapat ditentukan korelasi X dan Y menggunakan rumus:
Rhitung =
√[
=
=
][
][
√[
√[
]
][
]
]
= 0,9919
Berdasarkan persamaan di atas dapat diketahui persamaan regresi linear
larutan standar Zn(II) adalah y = 0,4674x + 0,0589 dengan R = 0,9919. Harga R
kemudian dikonsultasikan dengan R momen tangkar dengan jumlah data 6 pada
taraf signifikasi 1%. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, diperoleh hasil
bahwa R hitung lebih besar dari R tabel (0,917). Dengan demikian, ada korelasi
signifikan antara X dan Y. Kurva standar Zn(II) dapat dilihat pada Gambar28.
2. Perhitungan linearitas garis regresi linear larutan standar Ni(II)
94
Sebelum persamaan garis regresi linear digunakan untuk menentukan
konsentrasi sampel, terlebih dahulu diuji linearitasnya. Uji linearitas dilakukan
dengan menggunakan rumus dan perhitungan sebagai berikut:
JKreg
=
=
= 0,8526
dbreg
=1
JKres
= ΣY2 - JKreg
= 0,8691 - 0,8526
= 0,0165
dbres
=n–2
=6–2
=4
R JKreg =
=
= 0,8526
R JKres =
=
= 0,004125
Fhitung =
=
= 51,672
Harga Fhitung dikonsultasikan dengan harga F tabel dengan db (1,4) pada
taraf 1% yaitu 21,20. Harga F hitung lebih besar dari harga F tabel, maka dapat
disimpulkan bahwa persamaan regresinya adalah linear dan dapat digunakan
untuk menentukan konsentrasi Zn(II).
95
3
4
5
Tabel 19. Daftar r nilai koefisien korelasi
Taraf Signifikasi
Taraf Signifikasi
N
5%
1%
5%
1%
38
0,320
0,997
0,999
0,413
39
0,316
0,950
0,990
0,408
40
0,312
0,878
0,395
0,403
6
7
8
9
10
0,811
0,754
0,707
0,666
0,632
0,917
0,874
0,834
0,798
0,763
11
12
13
14
15
0,602
0,576
0,553
0,532
0,514
0,735
0,708
0,684
0,661
0,641
16
17
18
19
20
0,497
0,482
0,468
0,456
0,444
0,623
0,606
0,590
0,575
0,561
21
22
23
24
25
0,433
0,423
0,413
0,404
0,396
0,549
0,537
0,526
0,515
0,505
26
27
28
29
30
0,388
0,381
0,374
0,367
0,361
0,496
0,487
0,478
0,470
0,463
31
32
33
34
35
0,355
0,349
0,344
0,339
0,334
456
0,449
0,442
0,436
0,430
36
37
0,329
0,325
0,424
0,418
N
96
41
42
43
44
45
0,308
0,304
0,301
0,297
0,294
46
47
48
49
50
0,291
0,288
0,284
0,281
0,279
55
60
65
70
75
0,266
0,254
0,244
0,235
0,227
80
85
90
95
100
0,220
0,213
0,207
0,202
0,195
125
150
175
200
300
0,176
0,159
0,148
0,138
0,113
400
500
600
700
800
0,098
0,088
0,080
0,074
0,070
900
1000
0,065
0,062
0,398
0,393
0,388
0,384
0,380
0,376
0,372
0,368
0,364
0,361
0,345
0,330
0,317
0,306
0,296
0,286
0,278
0,270
0,263
0,256
0,230
0,210
0,194
0,181
0,148
0,128
0,115
0,105
0,097
0,091
0,086
0,091
Tabel 20. Nilai F pada Taraf 5% dan 1%
N1
N2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1
4052
98.50
34.12
21.20
16.26
13.75
12.25
11.26
10.56
10.04
9.65
9.33
9.07
8.86
8.68
8.53
8.40
8.29
8.18
8.10
8.02
7.95
7.88
7.82
7.77
7.72
7.68
7.64
7.60
7.56
2
4999
99.00
30.82
18.00
13.27
10.92
9.55
8.65
8.02
7.56
7.21
6.93
6.70
6.51
6.36
6.23
6.11
6.01
5.93
5.85
5.78
5.72
5.66
5.61
5.57
5.53
5.49
5.45
5.42
5.39
3
5403
99.17
29.46
16.69
12.06
9.78
8.45
7.59
6.99
6.55
6.22
5.95
5.74
5.56
5.42
5.29
5.18
5.09
5.01
4.94
4.87
4.82
4.76
4.72
4.68
4.64
4.60
4.57
4.54
4.51
4
5625
99.25
28.71
15.98
11.39
9.15
7.85
7.01
6.42
5.99
5.67
5.41
5.21
5.04
4.89
4.77
4.67
4.58
4.50
4.43
4.37
4.31
4.26
4.22
4.18
4.14
4.11
4.07
4.04
4.02
5
5764
99.30
28.24
15.52
10.97
8.75
7.46
6.63
6.06
5.64
5.32
5.06
4.86
4.69
4.56
4.44
4.34
4.25
4.17
4.10
4.04
3.99
3.94
3.90
3.85
3.82
3.78
3.75
3.73
3.70
97
6
5859
99.33
27.91
15.21
10.67
8.47
7.19
6.37
5.80
5.39
5.07
4.82
4.62
4.46
4.32
4.20
4.10
4.01
3.94
3.87
3.81
3.76
3.71
3.67
3.63
3.59
3.56
3.53
3.50
3.47
7
5928
99.36
27.67
14.98
10.46
8.26
6.99
6.18
5.61
5.20
4.89
4.64
4.44
4.28
4.14
4.03
3.93
3.84
3.77
3.70
3.64
3.59
3.54
3.50
3.46
3.42
3.39
3.36
3.33
3.30
8
5981
99.37
27.49
14.80
10.29
8.10
6.84
6.03
5.47
5.06
4.74
4.50
4.30
4.14
4.00
3.89
3.79
3.71
3.63
3.56
3.51
3.45
3.41
3.36
3.32
3.29
3.26
3.23
3.20
3.17
9
6022
99.39
27.35
14.66
10.16
7.98
6.72
5.91
5.35
4.94
4.63
4.39
4.19
4.03
3.89
3.78
3.68
3.60
3.52
3.46
3.40
3.35
3.30
3.26
3.22
3.18
3.15
3.12
3.09
3.07
10
6056
99.40
27.23
14.55
10.05
7.87
6.62
5.81
5.26
4.85
4.54
4.30
4.10
3.94
3.80
3.69
3.59
3.51
3.43
3.37
3.31
3.26
3.21
3.17
3.13
3.09
3.06
3.03
3.00
2.98
Lampiran 12. Penentuan Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam
Ni(II) dan Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adsorben
Hasil Sintesis
1.
Perhitungan konsentrasi ion logam Ni(II) dalam limbah cair industri
elektroplating sebelum dan sesudah adsorpsi dengan persamaan garis
regresi linear standar
Persamaan garis regresi linear kurva standar yang diperoleh adalah
y = 0,0386x – 0,0005
x=
dengan,
y = absorbansi ion logam Ni(II)
x = konsentrasi ion logam Ni(II) dalam ppm
Contoh perhitungan konsentrasi ion logam Ni(II) dalam cuplikan limbah
cair industri elektroplating sebelum adsorpsi dengan persamaan garis regresi
kurva standar adalah sebagai berikut:
y = 0,4819
x=
x=
x = 12,4557 ppm
Konsentrasi ion logam Ni(II) setelah adsorpsi dalam cuplikan limbah cair
industri elektroplating dengan menggunakan adsorben hasil sintesis dan kiesel gel
60G buatan E-Merck sebagai pembanding dihitung dengan menggunakan cara
yang sama. Selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.12.
98
2.
Perhitungan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam
Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis
Daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion
logam Ni(II) dapat diketahui dengan perhitungan menggunakan rumus:
D =
Ep =
x 100%
Keterangan:
Co = Konsentrasi ion logam Ni(II) mula-mula (ppm)
Ci = Konsentrasi ion logam Ni(II) setelah adsorpsi (ppm)
Ep = Efisiensi adsorpsi (%)
D = Daya adsorpsi (daya adsorpsi) (mg/g)
m = Massa adsorben hasil sintesis (g)
V = Volume limbah cair industri elektroplating (L)
Contoh perhitungan daya adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil
sintesis pada pH 6.
Ulangan 1.
D =
= 1,4503 mg/g
Ulangan 2.
D
=
= 1,4389 mg/g
Drata-rata
=
=
99
= 1,4446 mg/g
Hasil perhitungan daya adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil
sintesis dengan pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat
dilihat pada Lampiran.12.
Contoh perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil
sintesis pada pH 6 adalah sebagai berikut;
Ulangan 1.
Ep =
x 100%
Ep = 58,209%
Ulangan 2.
Ep =
x 100%
Ep = 57,753%
%Ep rata-rata =
=
= 57,9810%
Hasil perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil
sintesis pada pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat
dilihat pada Lampiran.12.
3.
Perhitungan konsentrasi ion logam Zn(II) dalam limbah cair industri
elektroplating sebelum dan sesudah adsorpsi dengan persamaan garis
regresi linear standar
Persamaan garis regresi linear kurva standar yang diperoleh adalah
y = 0,4674x – 0,0589
100
x=
dengan,
y = absorbansi ion logam Ni(II)
x = konsentrasi ion logam Ni(II) dalam ppm
Contoh perhitungan konsentrasi ion logam Ni(II) dalam cuplikan limbah
cair industri elektroplating sebelum adsorpsi dengan persamaan garis regresi
kurva standar adalah sebagai berikut:
y = 1,3497
x=
x=
x = 2,7615 ppm
Konsentrasi ion logam Ni(II) setelah adsorpsi dalam cuplikan limbah cair
industri elektroplating dengan menggunakan adsorben hasil sintesis dan kiesel gel
60G buatan E-Merck sebagai pembanding dihitung dengan menggunakan cara
yang sama. Selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.13.
4.
Perhitungan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam
Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis
Daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion
logam Zn(II) dapat diketahui dengan perhitungan menggunakan rumus:
D =
Ep =
x 100%
Keterangan:
101
Co = Konsentrasi ion logam Zn(II) mula-mula (ppm)
Ci = Konsentrasi ion logam Zn(II) setelah adsorpsi (ppm)
Ep = Efisiensi adsorpsi (%)
D = Daya adsorpsi (daya adsorpsi) (mg/g)
m = Massa adsorben hasil sintesis (g)
V = Volume limbah cair industri elektroplating (L)
Contoh perhitungan daya adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil
sintesis pada pH 6.
Ulangan 1.
D =
= 0,0155 mg/g
Ulangan 2.
D
=
= 0,0147mg/g
Drata-rata
=
=
= 0,0151 mg/g
Hasil perhitungan daya adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil
sintesis dengan pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat
dilihat pada Lampiran.12.
Contoh perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil
sintesis pada pH 6 adalah sebagai berikut;
102
Ulangan 1.
Ep =
x 100%
Ep = 2,7992%
Ulangan 2.
Ep =
x 100%
Ep = 2,6652%
%Ep rata-rata =
=
= 2,7322 %
Hasil perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil
sintesis pada pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat
dilihat pada Lampiran.12.
103
Lampiran 13. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating
Adsorben
Ulang
an
Gel 60 pH
1
Gel 60 pH
2
Gel 60 pH
4
Gel 60 pH
6
Gel 60 pH
8
ADHNO3
pH 1
ADHNO3
pH 2
ADHNO3
pH 4
ADHNO3
pH 6
ADHNO3
pH 8
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Konsentras
i Ni awal
(ppm)
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
12,4577
Konsentras
i Ni sisa
(ppm)
6,1891
6,2768
6,0085
6,0085
5,8615
5,8641
5,5493
5,2372
0,1862
0,1965
6,2097
6,1710
5,9363
5,9982
5,7892
5,8795
5,2062
5,2630
0,1836
0,1940
Berat
adsorben
(gram)
C0-C1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
6,2686
6,1809
6,4492
6,4492
6,5962
6,5936
6,9084
7,2205
12,2715
12,2612
6,2480
6,2867
6,5214
6,4595
6,6685
6,5782
7,2515
7,1947
12,2741
12,2637
104
%
efisiensi
adsorpsi
0,5032
0,4962
0,5177
0,5177
0,5295
0,5293
0,5545
0,5796
0,9850
0,9842
0,5015
0,5046
0,5235
0,5185
0,5353
0,5280
0,5821
0,5775
0,9853
0,9844
50,319
49,615
51,769
51,769
52,949
52,928
55,455
57,960
98,505
98,423
50,154
50,464
52,348
51,852
53,529
52,804
58,209
57,753
98,526
98,443
% efisiensi
adsorpsi
rata-rata
49,9671
51,7688
52,9383
56,7075
98,4640
50,3090
52,0999
53,1667
57,9810
98,4845
Daya
Adsorp
si
(mg/g)
1,2537
1,2362
1,2898
1,2898
1,3192
1,3187
1,3817
1,4441
2,4543
2,4522
1,2496
1,2573
1,3043
1,2919
1,3337
1,3156
1,4503
1,4389
2,4548
2,4527
Daya
Adsor
psi
ratarata
1,2450
1,2898
1,3190
1,4129
2,4533
1,2535
1,2981
1,3247
1,4446
2,4538
Lampiran 14. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating
Konsentrasi Konsentrasi
Berat
Adsorben Ulangan
Zn awal
Zn sisa
adsorben
(ppm)
(ppm)
(gram)
Gel 60
pH 1
Gel 60
pH 2
Gel 60
pH 4
Gel 60
pH 6
Gel 60
pH 8
ADHNO3
pH 1
ADHNO3
pH 2
ADHNO3
pH 4
ADHNO3
pH 6
ADHNO3
pH 8
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7615
2,7390
2,7381
2,7322
2,7279
2,7086
2,7091
2,6915
2,6862
0,6790
0,6786
2,7116
2,7082
2,7039
2,7046
2,7022
2,7099
2,6842
2,6879
0,6319
0,5603
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
%
efisiensi
adsorpsi
C0-C1
0,0225
0,0234
0,0293
0,0336
0,0529
0,0524
0,07
0,0753
2,0825
2,0829
0,0499
0,0533
0,0576
0,0569
0,0593
0,0516
0,0773
0,0736
2,1296
2,2012
105
0,0081
0,0085
0,0106
0,0122
0,0192
0,0190
0,0253
0,0273
0,7541
0,7543
0,0180
0,0193
0,0208
0,0206
0,0215
0,0187
0,0280
0,0266
0,7711
0,7971
0,8148
0,8474
1,0610
1,2167
1,9156
1,8975
2,5348
2,7268
75,4119
75,4264
1,8069
1,9301
2,0858
2,0604
2,1474
1,8685
2,7992
2,6652
77,1175
79,7103
%
efisiensi
adsorpsi
rata-rata
0,8311
1,1389
1,9066
2,6308
75,4192
1,8685
2,0731
2,0080
2,7322
78,4139
Daya
Adsorps
i (mg/g)
0,0045
0,0047
0,0059
0,0067
0,0106
0,0105
0,0140
0,0151
0,4165
0,4166
0,0100
0,0107
0,0115
0,0114
0,0119
0,0103
0,0155
0,0147
0,4259
0,4402
Daya
Adsorps
i (mg/g)
ratarata
0,0046
0,0063
0,0105
0,0145
0,4165
0,0103
0,0115
0,0111
0,0151
0,4331
Lampiran 15. Data hasil AAS Ion Logam Ni(II) dan Zn(II)
1. Hasil analisis AAS ion logam Zn(II)
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Sampel
Standar 1
Standar 2
Standar 3
Standar 4
Standar 5
Limbah awal
Gel 60 pH 1 (1)
Gel 60 pH 1 (2)
Gel 60 pH 2 (1)
Gel 60 pH 2 (2)
Gel 60 pH 4 (1)
Gel 60 pH 4 (2)
Gel 60 pH 6 (1)
Gel 60 pH 6 (2)
Gel 60 pH 8 (1)
Gel 60 pH 8 (2)
ADHNO3 pH 1 (1)
ADHNO3 pH 1 (2)
ADHNO3 pH 2 (1)
ADHNO3 pH 2 (2)
ADHNO3 pH 4 (1)
ADHNO3 pH 4 (2)
ADHNO3 pH 6 (1)
ADHNO3 pH 6 (2)
ADHNO3 pH 8 (1)
ADHNO3 pH 8 (2)
Logam
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Standar
0,1
0,2
0,4
0,8
1,5
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Zn
Absorbansi
0,0839
0,134
0,2562
0,4944
0,7284
1,3497
1,3392
1,3388
1,336
1,334
1,325
1,3252
1,317
1,3145
0,3763
0,3761
1,3264
1,3248
1,3228
1,3231
1,322
1,3256
1,3136
1,3153
0,3543
0,3208
106
Konsentrasi
2,7615
2,739
2,7381
2,7322
2,7279
2,7086
2,7091
2,6915
2,6862
0,679
0,6786
2,7116
2,7082
2,7039
2,7046
2,7022
2,7099
2,6842
2,6879
0,6319
0,5603
2. Hasil analisis AAS ion logam Zn(II)
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Sampel
Calib Blank
Standar 1
Standar 2
Standar 3
Standar 4
Standar 5
Limbah awal
Gel 60 pH 1 (1)
Gel 60 pH 1 (2)
Gel 60 pH 2 (1)
Gel 60 pH 2 (2)
Gel 60 pH 4 (1)
Gel 60 pH 4 (2)
Gel 60 pH 6 (1)
Gel 60 pH 6 (2)
Gel 60 pH 8 (1)
Gel 60 pH 8 (2)
ADHNO3 pH 1 (1)
ADHNO3 pH 1 (2)
ADHNO3 pH 2 (1)
ADHNO3 pH 2 (2)
ADHNO3 pH 4 (1)
ADHNO3 pH 4 (2)
ADHNO3 pH 6 (1)
ADHNO3 pH 6 (2)
ADHNO3 pH 8 (1)
ADHNO3 pH 8 (2)
Logam Standar
Ni
0
Ni
0,5
Ni
1
Ni
2
Ni
3
Ni
5
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
Ni
107
Absorbansi
0,0004
0,0196
0,0389
0,0751
0,1123
0,1948
Kosentrasi
0,4819
0,2389
0,2423
0,2319
0,2319
0,2262
0,2263
0,2141
0,202
0,0062
0,0066
0,2397
0,2382
0,2291
0,2315
0,2234
0,2269
0,2008
0,203
0,0061
0,0065
12,4577
6,1891
6,2768
6,0085
6,0085
5,8615
5,8641
5,5493
5,2372
0,1862
0,1965
6,2097
6,171
5,9363
5,9982
5,7892
5,8795
5,2062
5,263
0,1836
0,194
Lampiran 16. Diagram Kerja
1. Pembuatan larutan standar Ni(II)
Membuat larutan induk
Ni(II) 1000 ppm
Menghitung berat kristal
Ni(NO3)2 yang
dibutuhkan*)
Melarutkan dalam 100
mL akuades **)
Mengencerkan larutan induk
menjadi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5
*) massa kristal Ni(NO3)2 =
**) rumus pengenceran
V1 x M1 = V2 x M2
2. Pembuatan larutan standar Zn(II)
Membuat larutan induk
Zn(II) 1000 ppm
Menghitung berat kristal
Zn(NO3)2 yang
dibutuhkan*)
Melarutkan dalam 100
mL akuades **)
Mengencerkan larutan induk
menjadi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5
108
*) massa kristal Zn(NO3)2 =
**) rumus pengenceran
V1 x M1 = V2 x M2
3. Preparasi Abu Vulkanik
500 gram abu vulkanik
Diayak dengan ayakan lolos 200
mesh
200 gram abu vulkanik
0
Kalsinasi dalam furnace pada 700 C
selama 4 jam
25 gram abu vulkanik
Mencuci dengan HCl 0,1 M dengan
pengadukan 1 jam dan mendiamkan selama
24 jam
Menyaring endapan dengan kertas saring
Whatman 42 dan memapabilasnya dengan
akuademineralisata hingga netral
Mengeringkan dalam oven pada suhu
o
110 C selama 2 jam
109
4. Pembuatan larutan natrium silikat
6 gram abu vulkanik hasil
preparasi
Wadah teflon
200 mL NaOH 3M
Dipanaskan sambil diaduk
selama 1 jam
Didiamkan selama 24 jam
Disaring dengan kertas saring
Whatman no. 42. Ambil
filtratnya
110
5. Pembuatan adsorben silika gel
20 mL filtrat larutan
natrium silikat
Tetes demi tetes tambahkan
larutan HNO3 3M
Gelas plastik
(penambahan larutan
hingga campuran mencapai
pH 7
Campuran didiamkan
selama 24 jam
Hidrogel disaring
dengan kertas saring
Whatman no.42
Gel dikeringkan dalam
o
oven pada 120 C selama
2 jam
Silika gel kering digerus
dan diayak dengan
ayakan 200 mesh
Dikarakterisasi dengan
FTIR dan dibandingkan
dengan silika Kiesel 60G
6. Pengujian keasaman
15 mL larutan
NaOH 0,1 M
Gelas plastik
Diamkan selama
24 jam
Pisahkan adsorben dengan
larutan NaOH
2 tetes Indikator
PP
Larutan NaOH dititrasi
dengan HCl 0,1 M
111
0,1 gram adsorben
silika gel hasil
sintesis
7. Pengujian kadar air
0,1 gram silika gel
o
Dipanaskan dalam oven 100 C selama 4 jam
Didinginkan dan ditimbang
o
Silika gel dipijarkan dalam muffle furnace 600 C
selama 2 jam
Didinginkan dan ditimbang
8. Penentuan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis pada
ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair elektroplating
0,1 gram adsorben
hasil sintesis
Botol film gelap
Diaduk dengan alat shaker
selama 90 menit
Disentrifuse selama 30 menit
Disaring, dan diambil
filtratnya
Dianalisis konsentrasi ion
logam Ni(II) dan Zn(II)
dengan AAS
112
20 mL limbah cair
elektroplating yang
sudah diatur pH nya
dengan pH 1, 2, 4, 6
dan 8
Lampiran 17. Dokumentasi selama penelitian
Gambar 1. Abu hasil kalsinasi
Gambar 2. Abu hasil kalsinasi yang
dicuci dan diremdam menggunakan
HCl 0,1 M
Gambar 3. Abu vulkanik yang sudah
dikalsinasi dan dicuci dengan HCl 0,1 M
Gambar 4. Pembuatan Natrium
Silikat
Gambar 5. Larutan Natrium Silikat
Gambar 6. Hidrogel yang terbentuk
dari sintesis natrium silikat
113
Gambar 7. Xerogel adsorben hasil sintesis
Gambar 8. Filtrat dan endapan yang
terbentuk pada adsorpsi (pH 2)
setelah sentrifuse
Gambar 9. Filtrat dan endapan yang
terbentuk pada adsorpsi (pH 4) setelah
sentrifuse
Gambar 10. Filtrat dan endapan yang
terbentuk pada proses adsorpsi (pH
6) setelah sentrifuse
Gambar 11. Filtrat dan endapan yang
terbentuk pada proses adsorpsi (pH 8)
setelah sentrifuse
Gambar 12. Alat Gas sorption
analyzer
114
Gambar 13. Alat Spektrofotometer FTIR
115
Gambar 14. Alat Spektrofotometer
AAS
Thu Nov 17 14:39:23 2016 (GMT+07:00)
777,74
110
1637,59
100
461,67
%Transmittance
105
90
4000
3500
3000
2500
2000
1045,80
3454,23
95
1500
1000
500
Wavenumbers (cm-1)
Collection time: Thu Nov 17 10:23:14 2016 (GMT+07:00)
Thu Nov 17 14:39:21 2016 (GMT+07:00)
FIND PEAKS:
Spectrum:
**0594 Abu Vulkanik Gunung Kelud
Region: 4000,00
400,00
Absolute threshold:
111,656
Sensitivity:
50
Peak list:
Position:
1045,80 Intensity: 91,983
Position:
3454,23 Intensity: 92,442
Position:
461,67 Intensity: 96,964
Position:
1637,59 Intensity: 103,294
Position:
777,74 Intensity: 107,625
Gambar 29. Spektra FTIR Abu kelud
Wed Nov 09 11:32:26 2016 (GMT+07:00)
2360,31
90
3500
3000
2500
2000
1500
1076,41
85
4000
460,97
1640,13
95
3434,18
%Transmittance
100
1000
Wavenumbers (cm-1)
Collection time: Wed Nov 09 10:06:19 2016 (GMT+07:00)
Wed Nov 09 11:32:24 2016 (GMT+07:00)
FIND PEAKS:
Spectrum:
**0578-2 Silika Gel HNO3
Region: 4000,00
400,00
Absolute threshold:
104,312
Sensitivity: 50
Peak list:
Position: 1076,41 Intensity:
83,479
Position: 3434,18 Intensity:
87,686
Position: 460,97 Intensity:
92,805
Position: 1640,13 Intensity:
93,845
Position: 2360,31 Intensity:
98,270
Gambar 30. Spektra FTIR Adsorben hasil sintesis
116
500
Wed Mar 15 10:27:58 2017 (GMT+07:00)
106
94
1097,17
96
92
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
471,16
98
1637,09
2361,20
100
800,85
102
3462,86
%Transmittance
104
500
Wavenumbers (cm-1)
Collection time: Wed Mar 15 09:32:41 2017 (GMT+07:00)
Wed Mar 15 10:27:57 2017 (GMT+07:00)
FIND PEAKS:
Spectrum:
**0874 Silika Gel 60 Kiesel
Region: 4000,00
400,00
Absolute threshold:
107,699
Sensitivity:
50
Peak list:
Position: 1097,17 Intensity:
93,854
Position: 471,16 Intensity:
95,380
Position: 3462,86 Intensity:
95,624
Position: 1637,09 Intensity:
99,173
Position: 2361,20 Intensity:
99,866
Position: 800,85 Intensity:
100,600
Gambar 31. Spektra FTIR Kiesel gel 60G
1383,12
Wed Mar 15 10:42:50 2017 (GMT+07:00)
90
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1080,81
460,74
95
601,17
1639,02
2362,62
100
3432,39
%Transmittance
105
1000
500
Wavenumbers (cm-1)
Collection time: Wed Mar 15 09:26:18 2017 (GMT+07:00)
Wed Mar 15 10:42:48 2017 (GMT+07:00)
FIND PEAKS:
Spectrum:
**0883-2 ADHNO3 Sesudah
Region: 4000,00
400,00
Absolute threshold:
108,908
Sensitivity: 50
Peak list:
Position: 1080,81 Intensity:
88,314
Position: 3432,39 Intensity:
90,469
Position: 460,74 Intensity:
94,879
Position: 601,17 Intensity:
98,552
Position: 1639,02 Intensity:
99,189
Position: 2362,62 Intensity:
102,550
Position: 1383,12 Intensity:
105,779
Gambar 32. Spektra FTIR adsorben hasil sintesis setelah adsorpsi pada pH 6
117
Wed Mar 15 10:40:31 2017 (GMT+07:00)
110
599,45
799,04
1636,71
2363,45
100
90
85
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1101,90
468,15
95
3439,58
%Transmittance
105
1000
500
Wavenumbers (cm-1)
Collection time: Wed Mar 15 09:21:42 2017 (GMT+07:00)
Wed Mar 15 10:40:30 2017 (GMT+07:00)
FIND PEAKS:
Spectrum:
**0883-1 Gel 60 Sesudah
Region: 4000,00
400,00
Absolute threshold:
110,515
Sensitivity: 50
Peak list:
Position: 1101,90 Intensity:
87,334
Position: 3439,58 Intensity:
90,983
Position: 468,15 Intensity:
92,376
Position: 1636,71 Intensity:
100,478
Position: 2363,45 Intensity:
102,710
Position: 799,04 Intensity:
103,334
Position: 599,45 Intensity:
103,969
Gambar 33. Spektra FTIR kiesel gel 60G setelah adsorpsi pada pH 6
118
119
120
121
122
123
124