KEREAKTIFAN TANAH GAMBUT DAN ASAM - ANSN

Muzakky,dkk.
ISSN 0216 -3128
KEREAKTIFAN
TANAH GAMBUT DAN ASAM HUMAT
SEBAGAI BAHAN ISIAN PENUKAR ION Cu(lI) DAN UO2(1I)
Muzakky, Agus Taftazani daD Surnining
Puslitbang.TekllologiMaju BATAN, Yogyakarta
ABSTRAK
KEREAKTIFAN TANAH GAMBUT DAN ASAM HUMAT SEBAGAI BAHAN ISIAN PENUKAR ION
Cu(ll) DAN UO2(1l). Telah dilakukan kajian tentang kemampuan tanah gambut dan asam humat sebagai
bahan isian penukar ion ion Cu(ll) dan UO2(1/). Tujuan penelitian adalah untuk mempejari efek perlakuan
awal tanah gambut atau asam humat dengan HCI dan KCI, sebagai bahan isian penukar ion Cu(l/) dan
UO2(1/). Hasil percobaan menunjukan bahwa kereaktifan tanah gambut dengan HCI adalah yang terbaik
untuk menangkap Cu(l/) dari pada UO2(1/),pada waktu alir 600 menit, dengan harga % efisiensi pemisahan
sebesar 62%, sementara kereaktifan dengan KCI % efisiensi nya hanya 59%. Dibandingkan dengan %
efisiensi pemisahan asam humat yang telah diaktijkan dengan KCI , % efisiensi pemisahan tanah gambut
masih lebih rendah. Pada waktu alir 600 menit, asam humat yang direatijkan dengan KCI mempunyai
harga % efisiensi pemisahan sebesar 82% untuk menangkap UOil/), sementara tanah gambut % efisiensi
nya hanya 46%
ABSTRACT
REACTIVITY OF PEAT SOIL AND HUMIC ACID AS THE FILLER OF CU(II) AND U(IV) ION
EXCHANGER.
The capability study of peat soil and humic acid as the filler of Cuff/) and UO2(//) ion
exchanger has been done. The purpose of the study is to investigate the effect ofHCI and KCI pre-treatment
of peat soil or humic acid, as filler of ion exchanger of Cu(//) and U(/V). Result of experiment show that,
pre-treatment reactivity of peat soil by HCI treatment is better in adsorbing Cu(//) than that of UO2(//), at
the flow rate of 600 minutes, with separation efficiency value of 62%, while the pre-treatment reactivity of
which by KCI resulted the efficiency of 59%. Comparing with % efficiency of humic acid by KCI %
efficiency of peat soil is still lower. At the 600 minutes time flow, humic acid pre-treatment by KCI %
efficiency of 82%, while peat soil is 46%.
PENDAHULUAN
P
roses
pengambilan
konsentrasi
sangat
ion
kecil
tetapi
logam
dengan
sangat berbahaya
didalam larutan limbah yang her volume besar,
merupakan pekerjaan yang
sangat mahal.
Pekerjaan ini perlu dilakukan karena dapat
berdampak negatif terhadap kehidupan sosial daD
lingkungan yang luas(\). Kation bervalensi dua
seperti Cu(lI) dari limbah industri pengalengan atau
valensi tinggi U(VI) dari sisa pabrik pengolahan
bahan bakar nuklir, dalam bentuk larutan akan
mudah terbawa daD masuk mencemari lingkungan
oleh penanganan yang kurang profesional. Maka
solusi dari persoalan ini pernah dirintis oleh
Chaney, RL daD Hunderman, P.T (2),yang memakai
tanah gambut sebagai bahan isian kolom untuk
menghilangkan cadnium dari air limbah.. Tanah
gambut dipilih karena (1) mempunyai kapasitas,
kecepatan dan kesetimbangan adsorpsi cukup baik
terhadap larutan limbah logam yang cukup asam.
(2) Tanah gambut seperti halnya tanah organik
dapat berfungsi sebagai penukar kation, karena
mempunyai kumpulan gugus reaktif -OH, -COOH,
-HSO3 daD NH2 dari senyawa asam humat daD
Prosldlng
Pertemuan
asam fulvat yang dikandungnya. (3) Kapasitas
adsorpsi tanah gambut lebih baik dari adsorbeD lain
(carbon aktif, silika daD alumina), daD harganya
pun lebih murah $ 88 per metrik ton dibandingkan
adsorpben lain yang berkisar $2200 -$4400 per
metrik ton
Sebagaimana karbon aktif, tanah gambut
pada umumnya hanya melalui proses pencucian
yang sederhana daD pengayakan sudah dapat
dipakai dalam penjerapan air limbah. Tetapi sifat
stabilitas kimia, "clogging", kapasitas jerapan daD
kekuatan mekanik yang rendah serta afinitas air
yang begitu tinggi, menyebabkan tanah gambut
perlu perlakuan pendahuluan (pretreatment)
sebelum dipakai bahan penjerap air limbah(3).
Menurut Smith.E.p4) , tanah gambut yang
diproses awal dengan asam sulfat mampu
menghilangkan 90% miriyak daD memperbaiki sifat
stabilitas kimia dari tanah gambut. Sementara itu
dalam pustaka yang lain Kosarevich, J.<S).,yang
memperlakukan awal tanah gambut dengan
NaOH/HCI, untuk studi sifat rheologi clan
kemampuan jerapan terhadap beberapa polutan
logam. Sheppard,S.C(6)besar kecilnya ion K+yang
dan Presentasilimiah
Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
den Teknologl
Nukllr
dapat pertukaran ion didalam gugus aktif, akan
menentukan sifat kereaktifan tanah gambut sebagai
penukar ion alamiah di alamo
Maka tujuan dari penelitian ini adalah
mempejari perlakuan awal tanah gambut dengan
HCI daD KCI sebagai bahan isian kolom
kromatogafi untuk penukar ion Cu(lI) daD U(VI),
sekaligus membandingkannya dengan asam humat.
Hasil penelitian diharapkan mendapatkan bahan
isian yang aktif terhadap ion logam dalam air
limbah, murah daDekonomis.
sekaligus percobaan ini dapat aplikasikan atau
divisualisasikan sebagai grafik. Adapun cara kerja
daTi percobaan ini secara garis besar dapat dilihat
pacta diagram berikut.
TATA KERJA
Bahan dan Alat
Bahanyang dipergunakan
TEORI
Tanahgambutmempunyaikandunganasam
humat yang tinggi 65%, sedangkansisanya45%
adalah campuran dari asam fulvat, senyawa
hepatomelanikdan humin. Asam humat sebagai
senyawamayor memiliki gugus aktif atau gugus
fungsional seperti karboksilat, hidroksil fenolik,
alkohol, gugus asam amino, amida, keton dan
aldehid(7). Hal ini mengakibatkanpartikel koloid
tanah gambut dapat mengikat kation yang
melewatinya. Pertukaranion merupakanproses
dapat balik antar permukaanrase padat dan cair,
yang ditandai dengan netralisasi elektron bebas
yang terdapatdidalamrasepadat. Reaksiinteraksi
pertukaran ion tanah gambut atau asam humat
denganlogam bervalensidua (M2+)dapat dibuat
modelsbb(I):
Tanah garnbut dari Kalimantan, NOH, KOH,
CuNO3 daD Uranil nitrat buatan E. Merck. HCI daD
KCI buatan E. Merck, serta Asam humate standard
"Granula"
Alat yang dipergunakan
Seperangkat pengaduk magnet, seperangkat alat
AAS
"Varian",
seperangkat alat pengering
"Buhneer",
seperangkat
reaktor
Kartini,
seperangkatalat spektrometer-y, daD peralatan gelas
laboratorium lain
Alat proses adsorpsi dapat digambarkan sbb :
0
I
~
-
c;
(I) Nondiaktifkan.
4
I'
2P'+ M2+ ~
MP2
(I)
(;:"'\
AJ
,." f5'
-\:J
MP2 +2W
MP2 +2K+
(3)
Dengan P merupakangugusfungsionalatau
sisi aktif dari tanah gambut atau asam humat.
Untuk mengamati parameter percobaan yang
terukur dari persamaan(1) sam pai (3), diatas
diukur dengan% efisiensipemisahan
sbb(l):
EP
=
Ao-
AI ,
Kolom kaca
Glasswool
Tanah
humat agregat
gambut/
4.
~~~~;ir (serbuk
5.
Klem besi
6.
Selang plastik
(2)
(3) Diaktifkan denganKCl
2KP + M2+ ~
I.
2.
3.
0
(2) DiaktifkandenganHCl
2HP + M2+~
Keterangan
:
.X
100
0/0
Ao
Dengan Ao adalah konsentrsi ion logam
(M2+) sebelum dialirkan kedalam kolom, sedangkan
AR konsentrasi sesudah dialirkan kedalam kolom.
Karena proses kromatografi kolom dipengaruhi
oleh adanya gravitasi, maka parameter waktu alir
dan % efisiensi pemisahan merupakan pilihan daTi
evaluasi dati persamaan (1) hingga (3) tersebut,
Gambar 1. Alat prosestanahgambut/asam
humor
untukbahanisianpenukarion
Tala kerja
Diambil tanah gambut atau asam humat
sebanyak 5 gram (ukuran 100 mash) dimasukkan
kedalam beaker glass 100 ml, dimasukkan larutan
kedalamnya HCI 1,5.10.3 M atau KCI 0,5 M
seban~)c 50 ml, aduk selama 24 jam, disaring dan
keringkan hingga berat tetap. Ke dalam kolom
penukar ion (diameter I cm, panjang 4 cm) yang
telah berisi tanah gambut atau asam humat
sebanyak I gram, dialiri larutan yang mengandung
uranium atau tembaga dengan konsentrasi 500 ppm,
volume 300 ml dan larutan dibuat pada kondisi 0,1
NaNO3 serta pH 3. Kecepatan alir diatlir kontinu
0,2 mVrnenit setiap SO rnenit larutan ditarnpung
masing-masing sebanyak 10 ml untuk di analisis.
Proslding Pertemuan den Presentasilimiah Penelltlan Oasar IImu Pengetahuan den Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002
~
Muzakky,
dkk.
ISSN 0216. 3128
Larutan tertampung yang mengandungtembaga
dianalisis dengan AAS sedangkanlarutan yang
mengandunguranium, setelah diaktivasi dengan
Reaktor Kartini,
dan dianalisis dengan
spektrometer-y.
197
yang diaktitkan akan tetap besar %efisiensi
pemisahannyanya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan grafik yang dibuat antara %
efisiensi pemisahan lawan waktu alir hasil
percobaan dapat dilakukan evaluasi percobaan
seperti dibawah ini. Dari Gambar 1 dan Gambar 2,
dapat dilihat bahwa pada awal waktu alir tanah
gambut yang tidak diaktitkan dengan HCl untuk
pemisahan Cu(lI) dan UO2(1I) akan sarna bahkan
lebih besar % efisiensi pemisahan dari pada tanah
gambut yang diaktitkan. Tetapi pada waktu alir
600 menit, % efisiensinya pemisahan akan menurun
hingga 50% bahkan pada waktu alir 1250 menit %
efisiensi pemisahaan tinggal 20%. Pada ke dua
Gambar tersebut juga dapat dilihat bahwa tanah
gambut yang diaktitkan dengan HCl hanya sedikit
mengalami penurunan % efisiensi pemisahan dari
74 % menjadi 53%-43%, baik untuk pemisahan
Cu(lI) dan UO2(1I). Kecederungan ini dapat dilihat
pada harga konstante kesetimbangan dari
persamaanreaksi (1) dan (2) diatas sbb :
2P- + M2+
MP2
50
100
600
650
850
950
1200
1250
Waktu alir (~nit)
Gambar 2. Efisiensi pemisahan Cu(ll) pada kolom
tanah gambut yang diaktijkan dengan
~~:' I HCll.5.10-3Mdantidakdiaktijkan.
(1)
(la)
Gambar 3. Efisiensi pemisahan
VOill) pada
kolom tanah gambut yang diaktijkan
dengan HCI 1,5.10"3 M dan tidak
diaktijkan.
100-
Dari percobaan Kadlec.R.W!), ternyata
harga kesetimbangan persamaan (la) dan (2a)
diatas pada suasanapH 3 harga Kf lebih kecil daTi
pada K M2+, yaitu log K M2+= -2,3 sedangkan
H+
H+
untuk log Kf = -4,8.
Pertemuan
40
20
o. ,
i 50
Jadi karena konstante kesetimbangan tanah gambut
yang tidak diaktifkan
lebih rendah, maka
kecenderungan untuk terjadinya proses desorpsi ion
logam yang telah teradsorpsi akan meningkat.
Akibat peristiwa ini dengan semakin lama waktu
kontak % efisiensi tanah gambut yang tidak
diaktifkan akan turun, sedangkan tanah gambut
Prosiding
\.,=::~-
80
60
I
I
100
I
600
I
650
I
850
I
950
I
1200
1250
Waktu alir (menit)
Gambar4.
Efisiensi pemisahan Cu (II) pada
kolom tanah gambut yang diaktijkan
dengan KCI D,S.M
den Presentasl IImiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
den Teknologl
Nukllr
KCI 0,5 M akan mempunyai harga %efisiensi lebih
besar dalam mengikat Cu(II) daTipada UO2(II).
§:
c
m
.c
,
m
In
'E
..Co
l
c
co
.c
'in
c
..
,
co
In
:§
w
.,
'E
Co
,
,
Gambar 5. Efisiensi pemisahan UOiI/) pada
kolom tanah gambutyang diaktijkan
denganKCl 0.5 M.
Pacta Garnbar (1), daD (3) diperlihatkan
bahwa pacta waktu alir yang sarna daD sarna
rnenangkap Cu(II), kereaktifan tanah garnbut yang
diaktifkan dengan HCI akan rnernpunyai %efisiensi
yang lebih tinggi dari pacta tanah garnbut yang
direaktikan dengan KCI, Seperti pacta waktu alir
600 rnenit, nilai efisiensi untuk HCI 62% daD 52%
KCI. Hal ini dapat terjadi karena adanya perbedaan
ukuran ion dari W daD K+yang terperangkap pacta
sisi-sisi aktif tanah garnbut. Menurut Susetyo,W (8)
bahwa jari-jari ion W adalah 0,25 A sedangkan
jari-jari ion K+ dalah 0,59 A. Ion Wdengan ukuran
yang lebih kecil akan lebih rnarnpu rnasuk kedalarn
pori-pori dari tanah garnbut daD akan terikat kuat
dibandingkan dengan ion K+ yang berukuran lebih
besar. Akibatnya %efisiensi pernisahan untuk ion
Cu(lI) dari tanah garnbut yang diaktifkan dengan
HCI akan lebih tinggi dari pacta yang diaktifkan
dengan KC1. Selanjutnya kernungkinan ion K+
hanya terakurnulasi pacta permukaan tanah garnbut
daD lebih rnudah dipertukarkan dengan ion M2+,
Hal
ini
dapat
dilihat
dari
konstante
keseirnbangannya yang
lebih rendah dari
Sebaliknya daTi Garnbar 3 daD 4, bahwa
pada waktu alir yang sarna kereaktifan tanah
garnbut yang diaktitkan dengan KCI 0,5 M akan
nilai harga %efisiensi lebih besar dalarn rnengikat
Cu(II) daTi pada UO2(II). Seperti pada waktu alir
600 rnenit, nilai efisiensinya 59% untuk Cu(II) daD
46% UO2(II). Hal ini dapat dibahas daTi perbedaan
ukuran ion Cu(II) daD UO2(II).
Menurut
Susetyo,W (8)bahwa jari-jari ion Cu adalah 0,72 A
sedangkan jari-jari ion U dalah 0,80 A.
Jadi
dengan ukuran yang kecil Cu(II) akan lebih rnarnpu
terjerap rnasuk kedalarn pori-pori tanah garnbut,
sedangkan UO2(II) yang berukuran lebih besar akan
suiit rnasuk kedalarn pori-pori tanah garnbut.
Akibatnya
tanah garnbut yang diaktitkan
dengan
Gambar 6. EfisiensipemisahanCu(ll) pada kolom
asam humat yang diaktijkan dengan
KCl 0.5. M dan tidak diaktijkan.
Gambar 7. Efisiensi pemisahan Vaill) pada
kolom asam humat yang diaktijkan
dengan KCl 0,5. M dan tidak
diaktijkan.
Dari sernua percobaan-percobaandiatas dari
Garnbar (4) hingga (6), yang lebih rnenarik ternyata
pada waktu alir yang sarna %efisiensi tanah garnbut
yang diaktitkan dengan KCl 0,5 M dalarn rnengikat
Cu(lI) atau UO2(1I) masih rendah dibandingkan
dengan % efisiensi pernisahan asarnhurnat. Hal ini
disebabkan oleh susunan rnolekul asarn hurnat yang
lebih hornogin daTi pada tanah garnbut itu sendiri
(sangat hiterogin). Kisi-kisi aktif asarn hurnat tediri
dari gugus fungsional seperti korboksilat, hidroksi
phenol, gugus asarnarnino, arnida, keton daD
aldehid, yang relatif bebas daTi logarn bawaan dari
pada tanah garnbut itu sendiri.
KESIMPULAN
Tanah gambut daD asam humat dapat
dipakai sebagai bahan isian kolom kromatographi,
baik dengan tidak diaktifkan terlebih dahulu
ataupun diaktifkan HCl atau KC1. Tanah gambut
yang tidak diaktifkan pada awal-awal waktu
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
Muzakky,dkk.
199
ISSN 0216 -3128
6. SHEPPARD,S.C AT ALL., "Fate of
contaminants during utilization of peat
materials, Journal of Environmental quality,
vo.lS, p.503-506,1989.
kecepatan alir akan mempunyai %efisiensi yang
tinggi, kemudian akan cenderung mengecil
%efisiensinya. Kereaktifan tanah gambut dengan
HCl adalah yang terbaik untuk menangkap Cu(lI)
daTi pada UO2(1I), pada waktu alir 600 menit,
dengan harga % efisiensi pernisahan sebesar62%,
sementara kereaktifan dengan KCl % efisiensi nya
hanya 59%.
Dibandingkan dengan % efisiensi
pernisahan asam humat yang telah diaktifkan
dengan KCl, % efisiensi pemisahan tanah gambut
masih lebih rendah. Pada waktu alir 600 menit,
asam humat yang direatifkan dengan KCl
mempunyai harga % efisiensi pemisahan sebesar
82% untuk meng adsorsi UO2(1I), sementara tanah
gambut nilai efisiensi nya hanya46%.
7. MUZAKKY, "Karakterisasiasam humat basil
isolasi tanah gambut produksi P3TM-Batan",
Presentasi Peneliti Muda" P3TM-BATAN
Yogyakarta,2000
8. SUSETYO,W.,"kimia AnorganikTeori, Gajah
Mada Press,Yogyakarta,1987.
TANYAJAWAB
DAFTARPUSTAKA
1. KADLEC.R.H AT ALL., "Metal ion exchange
on peat"., "peat and Water aspectsof water
retention and dewatering in peat", Ed.by
Fuchsman.C.H., Elsevier applied science
publishers.,London.,1986.
2. CHANEY,R.L., DAN HUNDERMAN,P.T.,
"Use of peatmosscolumnsto removecadnium
from wastewater"., J.WaterPollution Control,
V.51 (1)., p.17-21,1997.
3. COUILLARD.D.,"Appropriate
wastewater
managementtechnologiesusing peat" Journal
of environmentalsystems,Vol.21(1) p.1-20,
1992.
4. SMITH.E.F., AT ALL,"Sulphuric acid
treatment of peat for cation Exchange".,
Journal of the water pollution control
federation,Vol 49: 4, p.633-638,1977
Sulamdari
..Apakah tanahgambutitu ?
Muzakky
.Tanah yang terhumidifikasi cukup lama
(> 10 th), yang terdiri dari pelapukanbotani
dan hewani.
Sunardjo
..Apa latar belakang anda mengambil tanah
gambut sebagi obyek penelitian mohon
dijelaskan?
Muzakky
.Tanah
gambut sangat murah dan banyak
terdapat di Indonesia (24 -50 jura hektar)
dan juga tanah gambut menarik karena
kapasitas adsorpsinga serra sifat penukar ion
nya.
5. KOSAREVICH,I.V., "Structural-rheological
properties of peat dispersions,Tofiyanaya
Promyshlennost,
vol. 10,p.16-18,1988.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah
Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002