1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Nanoteknologi telah menarik perhatian yang besar dari para ilmuwan diseluruh
dunia, dan saat ini merupakan bidang riset yang popular. Nanoteknologi adalah
ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti
dalam skala nanometer (Abdullah & Khairurrijal, 2010).
Perkembangan nanoteknologi sudah sangat pesat, baik penerapannya dalam
ilmu sains maupun dalam bidang komersial. Salah satu pengembangan
nanoteknologi adalah dalam bidang nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik
memiliki sifat fisis yang unik, salah satunya terkait dengan sifat kemagnetan yang
dimiliki. Sifat magnetiknya sebagian besar dipengaruhi oleh morfologi, ukuran,
karakteristik fisika dari partikel tunggal, dan interaksi antarmuka. Selain itu luas
permukaan partikel yang besar juga menjadi salah satu keunggulan nanopartikel
magnetik sehingga memiliki kapasitas besar untuk mengadsorpsi ion logam berat
(Carlos dkk, 2013).
Salah satu nanopartikel magnetik yang paling banyak dikembangkan yaitu
nanopartikel magnetit (Fe3O4). Magnetit merupakan salah satu oksida besi yang
paling banyak dijumpai di alam, disamping maghemite (𝛾 − Fe2O3) dan hermatite
(𝛼 − Fe2O3). Ketiga bentuk oksida besi ini sangat berguna dalam teknologi karena
memiliki sifat magnetik yang kuat (Teja & Koh, 2009).
Sifat istimewa lain yang dimiliki nanopartikel magnetit adalah menunjukkan
perilaku superparamagnetik untuk partikel dengan ukuran kurang dari 30 nm. Sifat
superparamagnetik memicu nanopartikel lebih renponsif terhadap medan magnet
eksternal yang mempengaruhinya dibandingkan partikel magnetit dengan ukuran
butir dalam orde mikrometer atau lebih besar (Wu dkk, 2010).
Beberapa metode yang digunakan untuk mensintesis nanopartikel magnetit
diantaranya mikroemulsi (Chin & Yaacob, 2007), sol-gel (Albornoz & jacobe,
2006), sonochemical reactions (Kim dkk, 2005), flow injection (Alvarez dkk, 2006)
dan electrosparay (Basak dkk, 2007). Sebagian besar metode yang digunakan untuk
1
2
memproduksi nanopartikel magnetit adalah dengan teknik kopresipitasi (Gupta &
Gupta, 2005). Teknik kopresipitasi merupakan teknik sintesis nanopartikel yang
sederhana dan lebih efisien untuk memperoleh partikel magnetit yang berorde
nanometer. Beberapa keuntungan dari proses kopresipitasi adalah nanopartikel
dalam jumlah besar dapat disentesis (Laurent dkk, 2008). Selain itu, metode
kopresipitasi juga menggunakan suhu kamar dan mudah mengontrol ukuran
partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat (Fernandez, 2011).
Magnetit seringkali dimodifikasi dengan dilapisi menggunakan polimer atau
silika karena sifatnya yang mudah teroksidasi (Larraza dkk, 2012). Pada penelitian
ini dipilihlah Polyethylene glycol (PEG 4000) untuk melapisi permukaan Fe3O4
dikarenakan PEG 4000 adalah salah satu zat yang dapat dipakai untuk membentuk
dan sekaligus mengontrol ukuran dan struktur pori dari partikel. PEG 4000 juga
berfungsi sebgai template, yang membungkus partikel sehingga tidak terbentuk
agregat lebih lanjut, dikarenakan PEG 4000 menempel pada permukaan partikel
dan menutupi ion positif yang bersangkutan untuk bergantung dan membesar,
sehingga pada akhirnya akan diperoleh partikel dengan bentuk bulatan yang
seragam (Zhang dkk, 2008).
Salah satu aplikasi nanopartikel magnetit dibidang lingkungan adalah
pemisahan logam berat pada limbah cair. Polusi limbah logam berat adalah
permasalahan lingkungan yang penting hingga saat ini. Polusi logam berat berasal
dari banyak sumber tetapi sebagian besar berasal dari pemurnian logam, misalnya
peleburan biji tambang dan pengolahan bahan bakar nuklir. Selain itu polusi logam
berat juga berasal dari pembuangan air industri seperti industri metallurgical,
penyamakan kulit, pertambangan dan industri pembuatan baterai, yang semua
industri tersebut mengandung beberapa logam berat. Konsentrasi dari logam
tersebut terkadang lebih tinggi dari pada batas yang diizinkan. Konsentrasi logam
yang tinggi tersebut akan menyebabkan efek buruk bagi lingkungan dan kesehatan
manusia. Konsentrasi maksimal logam yang diizinkan dalam air untuk logam Cu
0.5 mg/L, Ni 1 mg/L dan Mn 1 mg/L. (Shen dkk, 2009).
Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5
gr/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang
3
tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4
sampai 7 (Miettinen, 1977). Logam berat memiliki sifat konserfatif dan
nonkonservatif. Sifat konservatif menunjukkan kestabilan konsentrasi suatu
komponen. Hal ini berarti bahwa konsentrasi suatu komponen cenderung tetap dan
tidak terpengaruh dengan proses-proses fisik dan biologi yang ada di perairan,
ditunjukkan dengan proses pergerakan (removal), peningkatan konsentrasi
(addition), dan pergerakan sekaligus peningkatan konsentrasi (removal and
addition) (Hutagalung & Razak, 1992).
Sebagian dari logam berat bersifat essensial bagi organisme air untuk
pertumbuhan dan perkembangan hidupnya, antara lain dalam pembentukan
haemosianin dalam sistem darah dan enzimatik pada biota. Berdasarkan sifat kimia
dan fisikanya, maka tingkat toksisitas logam berat dapat diurutkan dari tinggi ke
rendah terhadap manusia adalah sebagai berikut Hg2+ > Cd2+ >Ag2+ > Ni2+ > Pb2+ >
As2+ > Cr2+ > Sn2+ > Zn2+ (Darmono, 1995). Sedangkan menurut Kementrian
Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup (1990) sifat toksisitas logam berat
dapat dikelompokkan ke dalam 3 kelompok, yaitu:
a. Bersifat toksik tinggi (Hg, Cd, Pb, Cu, dan Zn)
b. Bersifat toksik sedang (Cr, Ni, dan Co)
c. Bersifat tosik rendah (Mn dan Fe).
Pada penelitian ini dilakukan proses purifikasi basa terhadap limbah artifisial
yang mengandung ion logam Cu, Mn dan Ni menggunakan adsorben nanopartikel
magnetit yang disintesis dengan metode kopresipitasi. Tujuannya adalah untuk
melihat efektivitas penggunaan nanopartikel magnetit dalam mengadsorpsi ion
logam Cu, Mn, dan Ni, dibawah pengaruh variasi pH (9, 11 dan 12), waktu
purifikasi (3,4 dan 5 jam) dan pelapisan adsorben menggunakan PEG dengan
perbandingan massa 1:1.
4
1.2 Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan, dapat dirumuskan permasalahan
yang ada adalah:
1.
Bagaimana peran adsorben Fe3O4 dalam menurunkan kadar logam Cu, Ni dan
Mn pada limbah artifisial cair?
2.
Bagaimana pengaruh parameter purifikasi basa seperti variasi pH, waktu
purifikasi dan pelapisan adsorben Fe3O4 dengan Polyethylene glycol (PEG4000) dengan perbandingan massa 1:1?
3.
Bagaimana tingkat efektivitas pemurnian limbah dengan sistem purifikasi
menggunakan adsorben Fe3O4?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan diadakannya penelitian ini adalah:
1.
Menentukan peran Fe3O4 dalam menurunkan kadar logam Cu, Ni dan Mn.
2.
Menentukan pengaruh parameter purifikasi basa seperti pH, waktu purifikasi
dan pelapisan adsorben Fe3O4 dengan Polyethylene glycol (PEG-4000) dengan
perbandingan massa 1:1.
3.
Menentukan tingkat efektivitas pemurnian limbah dengan sistem purifikasi
menggunakan adsorben Fe3O4.
1.4 Batasan Masalah
Pembahasan dalam penelitian ini hanya dibatasi pada pengkajian penurunan
kadar ion logam Cu, Ni dan Mn pada limbah artifisial cair akibat pengaruh
parameter variasi pH (9, 11 dan 12), waktu purifikasi (3, 4 dan 5 jam) dan pelapisan
adsorben Fe3O4 dengan (PEG-4000) dengan perbandingan massa 1:1.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi terkait kemampuan
nanopartikel Fe3O4 dalam menyerap dan menurunkan kadar ion logam Cu, Ni dan
Mn yang terlarut dalam limbah cair. Selain itu dapat digunakan untuk mengatasi
masalah limbah cair yang mengandung ion logam berat serta dapat dijadikan acuan
5
bagi penelitian selanjutnya dalam mengembangkan nanopartikel Fe3O4 sebagai
adsorben logam.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 Bab, yaitu: pendahuluan, tinjauan
pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan.
BAB 1 meliputi latar belakang dilakukannya penelitian mengenai Fe 3O4
sebagai adsorben dalam menurunan kadar logam Cu, Ni dan Mn, rumusan masalah,
tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, sistematika penulisan.
BAB II meliputi kajian pustaka yang berisi tentang penelitian-penelitian yang
sudah pernah dilakukan sebelumnya yang terkait dengan topik penelitian ini.
BAB III meliputi dasar teori yang berkaitan dengan terminologi sifat magnetik,
klasifikasi sifat magnetik, konsep domain dan hysteresis, nanopartikel magnetik
dan sifat superparamagnetik, magnetit Fe3O4 dan stukturnya, metode kopresipitasi,
fungsionalisasi Fe3O4 dengan PEG-4000, teknik pengukuran dengan x-ray
diffractometer (XRD), transmission electron microscopy (TEM) dan vibrating
sample magnetometer (VSM), sistem purifikasi air limbah menggunakan
nanopartikel Fe3O4, logam mangan (Mn), logam nikel (Ni), logam tembaga (Cu),
dan rumus perhitungan persen penurunan kadar logam.
BAB IV meliputi metode penelitian yang menjelaskan tentang alat dan bahan
yang digunakan dalam penelitian, serta langkah kerja yang dilakukan dalam
penelitian.
BAB V meliputi pembahasan dari hasil penelitian yang telah dilakukan.
BAB VI meliputi kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA berisi seluruh pustaka yang diacu dalam penelitian.
LAMPIRAN berisi data-data yang diperoleh dari hasil penelitian.