pendahuluan - IPB Repository

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kondisi lingkungan dapat tercemar akibat terbuangnya sejumlah polutan
berbahaya. Logam berat adalah salah satu polutan yang merupakan ancaman
potensial untuk kualitas air, tanah, tanaman, hewan dan kesehatan manusia.
Sebagai unsur, logam berat tidak dapat dihancurkan secara kimia. Adanya unsur
logam seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), arsen (As), merkuri (Hg), dan kromium
(Cr), bahkan pada konsentrasi sangat rendah (<2 ppb) tidak diinginkan karena
toksisitasnya (Senthilkumar & Saraswathi, 2009). Menurut Hamidpour (2010)
timbal (Pb) bersama-sama dengan kadmium (Cd) dan merkuri (Hg) merupakan
kelompok “tiga besar” logam berat yang mempunyai potensial berbahaya bagi
manusia dan lingkungan.
Timbal (Pb) merupakan salah satu logam berat yang biasa menjadi salah
satu kontaminan dalam limbah cair dari industri. Industri
yang berpotensi
sebagai sumber pencemaran Pb adalah semua industri yang memakai Pb sebagai
bahan baku maupun bahan tambahan, misalnya: industri pengecoran, industri
baterai, industri bahan bakar, industri kabel, dan industri kimia yang
menggunakan bahan pewarna. Keracunan Pb dapat menyebabkan gangnguan
kesehatan seperti gangguan fungsi hati, ginjal, keterlambatan perkembangan
mental, kemandulan dan gangguan sistem syaraf (Gunay et al. 2007).
Menurut Keputusan Menteri Kesehatan RI No. 907 tahun 2002 tentang
syarat-syarat dan pengawasan air minum, bahwa persyaratan kualitas air minum,
kadar ion Pb maksimum yang diperbolehkan adalah 0.01 mg/L. Keputusan
Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 51 tahun 1995 tentang baku mutu limbah
cair bagi kegiatan industri, kadar maksimum ion Pb dalam limbah cair adalah 0.1
mg/L dan beban pencemaran maksimum 0.002 g/ton. WHO (2004) mensyaratkan
batas maksimum ion Pb dalam air minun 0.010 mg/L.
Berbagai metode telah dikembangkan untuk mengurangi keberadaan
polutan logam berat, misalnya dengan pengendapan, ekstraksi padat, pertukaran
ion, penguapan, proses membran, osmosis balik dan adsorpsi. Di antara teknikteknik tersebut, adsorpsi merupakan teknik yang sederhana dan efektif
2
(Wingenfelder et al. 2005; Wang et al. 2008). Proses adsorpsi melibatkan adanya
adsorben yang mengikat molekul oleh gaya tarik-menarik antarmolekul,
pertukaran ion, dan ikatan kimia. Menurut Wang & Peng (2010) keberhasilan
teknik ini sebagian besar tergantung pada pengembangan adsorben yang efisien.
Adsorben yang digunakan harus memenuhi kriteria yang dibutuhkan, diantaranya
mempunyai daya serap yang besar terhadap solut, zat padat yang mempunyai luas
permukaan yang besar, tidak larut dalam zat cair yang akan diadsorpsi, tidak
beracun dan mudah didapat serta, memiliki harga yang relatif murah. Karbon
aktif, mineral lempung, zeolit, biomaterial, dan beberapa limbah padat industri
telah banyak digunakan sebagai adsorben untuk adsorpsi ion dan nonionik dalam
pengolahan air limbah.
Zeolit alam merupakan mineral aluminosilikat terhidrasi dengan struktur
berpori dengan sifat fisiko kimia yang penting, misalnya tukar kation, penyaring
molekul, katalisis, dan adsorpsi. Zeolit alam tanpa modifikasi dan termodifikasi
telah dilaporkan untuk adsorpsi senyawa anion dan organik dari sistem air (Wang
& Peng, 2010). Meskipun telah banyak dilakukan penelitian tentang adsorpsi Pb(II) dari
larutan air menggunakan zeolit alam, tetapi setiap zeolit yang berbeda asalnya
memerlukan penelitian tersendiri (Buasri et al. 2008). Buasri et al. (2008) melaporkan
penggunaan zeolit jenis klinoptilolit untuk penghilangan Pb(II) dengan percobaan
adsorpsi secara tumpak. Kapasitas adsorpsi yang didapatkan sebesar 53.73 mg/g
pada suhu 70°C dan isoterm adsorpsi mengikuti model isoterm Langmuir. Wang
& Ariyanto (2007) juga melaporkan penggunaan zeolit alam jenis klinoptilolit
sebagai adsorben Pb(II). Untuk sistem tunggal, adsorpsi ion Pb mengikuti model
isoterm Freundlich, kinetika orde pertama semu dan kapasitas adsorpsi sebesar
21.74 mg/g.
Adsorpsi Pb(II) dengan klinoptilolit yang dimodifikasi dengan HCl telah
dilakukan oleh Sprynskyy et al. (2006) dengan hasil kapasitas adsorpsi 27.70
mg/g. Isoterm adsorpsi mengikuti model Freundlich dan kinetika orde kedua
semu. Pengubahan klinoptilolit alam ke dalam bentuk Na-klinoptilolit dapat
meningkatkan kapasitas adsorpsi terhadap Pb(II) telah dilakukan oleh Gunay et al.
(2007) dan Bektas & Kara (2004). Kapasitas adsorpsi dilaporkan berturut-turut
sebesar 122.40 mg/g dan 166.00 mg/g. Model isoterm adsorpsi dilaporkan
mengikuti model Langmuir, sedangkan untuk kinetika adsorpsi berturut-turut
3
mengikuti orde pertama semu dan kedua semu. Gunay et al. (2007) juga
melaporkan parameter termodinamika ΔG0 = -8.89 kJ/mol yang menunjukkan
bahwa adsorpsi Pb(II) terjadi secara spontan.
Hernandez-Beltran et al. (2008) melaporkan stabilitas dan kapasitas tukar
kation (KTK) dari klinoptilolit asal Meksiko yang dimodifikasi dengan larutan
asam
fosfat.
Hasil
penelitian
menunjukkan
bahwa
pH
larutan
fosfat
mempengaruhi stabilitas dan KTK dari klinoptilolit. Pada pH 4-6, perubahan
kristalinitas tidak teramati dan terjadi kenaikan KTK dari 1.10 menjadi 1.26
mek/g. Panneerselvam et al. (2008) memodifikasi zeolit-Y dengan asam fosfat
untuk menjerap ion Cu2+ dari larutan air, dan diperoleh bahwa kapasitas
adsorpsinya meningkat 67% dibanding dengan zeolit tanpa modifikasi. Efek pH,
waktu kontak, model kinetika, isoterm adsorpsi dan parameter termodinamika
juga dilaporkan. Penyerapan Cu2+ mengikuti model kinetika orde dua semu,
isoterm Langmuir dan dari parameter termodinamika diketahui bahwa proses
berjalan secara spontan.
Pada penelitian ini, zeolit alam asal Sukabumi dan Lampung dimodifikasi
dengan asam fosfat dan diubah dalam bentuk Na-zeolit dengan larutan NaHCO3.
Karakterisasi zeolit termodifikasi dilakukan dengan XRD (X-ray Diffraction),
SEM-EDS (Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy),
metode BET (Brunauer-Emmett-Teller) untuk menentukan luas permukaan dan
penentuan KTK (kapasitas tukar kation) dengan metode ammonium asetat. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa modifikasi asam fosfat dapat meningkatkan KTK
zeolit alam asal Sukabumi dan Lampung. Zeolit alam hasil modifikasi
diaplikasikan untuk adsorpsi Pb(II) dalam larutan berair. Adsorpi Pb(II) dengan
zeolit termodifikasi tidak terlalu dipengaruhi oleh faktor pH, waktu dan suhu yang
ditunjukkan oleh kapasitas adsorpsinya yang tidak berubah secara signifikan
dengan adanya faktor tersebut. Proses adsorpsi Pb(II) dengan zeolit termodifikasi
mengikuti model kinetika orde kedua semu, isoterm Langmuir sehingga proses
adsorpsi cenderung terjadi secara kimia, spontan di lingkungan dan bersifat
eksotermis.
4
Perumusan Masalah
Zeolit alam termodifikasi asam fosfat berpotensi sebagai adsorben Pb(II)
dalam media berair. Hal ini diduga disebabkan adanya gugus fosfat yang mampu
mengikat Pb(II) melalui proses adsorpsi dalam media berair. Hingga saat ini studi
dinamika yang meliputi kinetika dan ekuilibrium adsorpsi Pb(II) dalam media
berair dengan zeolit termodifikasi asam fosfat belum pernah dilakukan. Oleh
karena itu, pada penelitian ini telah dilakukan modifikasi zeolit alam asal
Sukabumi dan Lampung dengan asam fosfat. Zeolit hasil modifikasi diaplikasikan
untuk adsorpsi Pb(II) dalam media air serta dipelajari karakteristik adsorpsimya.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan memodifikasi zeolit asal Lampung dan Sukabumi
dengan asam fosfat untuk meningkatkan kapasitas tukar kation. Selain itu, untuk
mempelajari karakteristik adsorpsi kedua zeolit tersebut terhadap ion Pb(II).
Manfaat
Dari penelitian ini diharapkan dapat diketahui seberapa besar potensi zeolit
alam asal Lampung dan Sukabumi termodifikasi asam fosfat dalam menjerap ion
logam Pb (II) sehingga dapat mengurangi potensi pencemaran lingkungan akibat
limbah logam berat.
Hipotesis
1.
Zeolit alam termodifikasi asam fosfat mempunyai kapasitas tukar kation
tinggi dibandingkan yang tanpa dimodifikasi.
2.
Zeolit asal Lampung merupakan jenis klinoptilolit dan asal Sukabumi
merupakan jenis mordenit yang masing-masing mempunyai struktur dan
komposisi kimia yang berbeda sehingga karakteristik adsorpsi terhadap Pb(II)
akan berbeda.