bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini menyajikan uraian tentang permasalahan yang melatarbelakangi
penelitian sintesis magnetit yang terlapis asam humat (Fe3O4-HA) dengan metode
kopresipitasi sebagai adsorben zat warna kation (metilen biru) dan anion (metil
orange) serta diuraikan tujuan dan manfaat penelitian ini.
I.1
Latar Belakang
Perkembangan industri yang semakin pesat menimbulkan dampak berupa
limbah industri yang semakin bertambah pula baik volume maupun jenisnya.
Limbah industri khususnya limbah industri tekstil, kertas, kosmetik, makanan,
obat-obatan, dan lain-lain, merupakan salah satu penyebab masalah lingkungan
akibat dari buangan limbah tersebut yang mencemari lingkungan. Akibatnya
beban pencemaran lingkungan semakin berat, sedangkan kemampuan alam untuk
menerima beban limbah terbatas. Jenis limbah industri banyak macamnya,
tergantung bahan baku dan proses yang digunakan masing-masing industri.
Industri tekstil merupakan salah satu jenis industri di Indonesia. Zat warna
dalam industri tekstil merupakan salah satu bahan baku utama yang memberikan
kontribusi besar dalam pencemaran lingkungan, sekitar 10 - 15% dari zat warna
yang sudah digunakan tersebut tidak dapat dipakai ulang dan harus dibuang
(Selvam dkk., 2003). Selain itu, zat warna yang telah dibuang sebagai limbah ke
lingkungan merupakan pencemar organik yang bersifat non biodegradable
terhadap lingkungan (Wihasti, 2015). Zat warna tekstil umumnya dibuat dari
senyawa azo dan turunannya yang merupakan unit benzena. Unit benzena sangat
sulit terdegradasi, kalaupun dimungkinkan dibutuhkan waktu yang lama. Senyawa
azo bila terlalu lama berada di lingkungan, akan menjadi sumber penyakit karena
sifatnya karsinogenik dan mutagenik (Inbaraj, 2011).
Zat warna azo yang dikandung limbah industri tekstil dapat mengganggu
kesehatan, misalnya iritasi kulit, iritasi mata, dan bahkan menyebabkan kanker.
Meskipun zat warna hanya memberi kontribusi yang kecil terhadap total muatan
organik dalam air limbah, tetapi keberadaannya akan memberikan tingkat warna
yang tinggi. Di samping itu, zat warna dapat menyebabkan kenaikan Biological
Oxygen Demand (BOD) dan menularkan penyakit melalui air (Gupta dkk., 2005).
Zat warna juga dapat memberikan efek terhadap organisme akuatik akibat
berkurangnya intensitas cahaya matahari dan dapat bersifat toksik bagi fauna dan
flora karena mengandung senyawa aromatik, logam, khlorida, dll. (Dhaneshvar
dkk., 2007).
Banyak usaha yang telah dilakukan untuk meminimalisir dan mengatasi
pencemaran dari zat warna azo. Salah satunya dengan cara kimia yaitu dengan
menambahkan zat kimia sebagai koagulan, akan tetapi cara ini memiliki
kelemahan yaitu dihasilkan lumpur kimia (sludge) yang cukup banyak dan
diperlukan pengelolaan sludge lebih lanjut yang memerlukan biaya relatif tinggi
dan lumpur yang dihasilkan ini juga akan menimbulkan masalah baru bagi unit
pengolahan limbah (Mahbubah, 2013). Selain itu, penghilangan zat warna tidak
dapat berlangsung secara optimal, tetap tertinggal zat warna dalam kadar cukup
tinggi di dalam air hasil pengolahannya. Metode lain untuk mendegradasi
pewarna sintetik yaitu dengan menggunakan metode fisik-kimia seperti filtrasi,
presipitasi, adsorpsi dengan karbon aktif, fotodegradasi dan ozonisasi (Junnarka
dalam Mahbubah, 2013). Metode yang digunakan tersebut mahal dan kurang
efektif karena hanya berkonsentrasi untuk menghilangkan warna, tidak
mengurangi kandungan zat warna tersebut (Modi dkk., dalam Mahbubah 2013).
Karena itu, perlu dikembangkan adsorben alternatif dengan luas permukaan besar,
memiliki resistensi difusi kecil, dan ramah lingkungan.
Kemajuan
ilmu
pengetahuan
dan
teknologi
terbaru
di
bidang
nanoteknologi telah memberikan andil dalam pembuatan nanopartikel oksida besi
yang memiliki luas permukaan besar dan sifat magnetik material yang
memudahkan pemisahan zat warna menjadi lebih efisien dalam waktu singkat
dengan menggunakan bantuan medan magnet luar (Afkhami dkk., 2010a.;
Afkhami dan Moosavi, 2010; Weng dkk., 2010). Nanopartikel oksida besi telah
menjadi perhatian para peneliti saat ini karena prosedur sintesis yang terlibat lebih
sederhana dan dengan biaya modal yang rendah dibandingkan dengan tersedia
secara komersial karbon aktif (Afkhami dan Musavi, 2010).
Magnetit nanopartikel (Fe3O4) merupakan salah satu besi oksida yang
memiliki sifat magnetik yang besar (Mulyati, 2014) dan memiliki warna hitam
(Cornell dan Schwertmann, 2003). Fe3O4 memiliki Fe(II) dan Fe(III) (Blaney,
2007) yang secara stokiometri memiliki rasio Fe(II)/Fe(III) = 1:2 sehingga sering
ditulis dengan FeIIFe2IIIO4 (Cornell dan Schwertmann, 2003). Magnetit (Fe3O4)
sebagai salah satu material dengan sifat magnetik yang dimilikinya telah banyak
digunakan sebagai media perekam seperti audio dan video tape, kaset perekam
dan cairan magnetik (magnetic fluids). Dalam dunia medis, Fe3O4 banyak
digunakan termasuk di antaranya adalah diagnosis medis, sensor, terapi kanker,
katalis, microwave radio frequency hypothermia, photomagnetics dan magnetic
resonance imaging (MRI) magnetic-optics devices, high frequency applications
dan magnetic sensing (Ghandoor dkk., 2012).
Senyawa magnetit (Fe3O4) nanopartikel juga telah banyak dikembangkan
sebagai adsorben untuk penghilangan logam berat dan limbah zat warna di dalam
lingkungan perairan. Akan tetapi, Fe3O4 sangat mudah teroksidasi oleh udara dan
juga mudah membentuk agregat di dalam sistem berair (Maity, 2007). Oleh
karena itu, stabilitas magnetit dalam hal dispersi koloid (tanpa agregasi) dan tanpa
pencucian besi, tetap menjadi tantangan tersendiri yang masih bisa diatasi dengan
modifikasi lapisan permukaan magnetit dengan bahan pelapis yang sesuai (Mak
dan Chen, 2004; Gupta dan Gupta, 2005; Afkhami dkk., 2010).
Peng, dkk (2012) telah mempelajari pelapisan magnetit pada asam humat
(Fe3O4-HA) sebagai adsorben zat warna Rhodamin B. Dalam penelitiannya
diperoleh bahwa 50 mg Fe3O4-HA dapat menghilangkan kontaminan limbah
Rhodamin B dalam air dengan menggunakan magnetit termodifikasi asam humat
(Fe3O4-AH) yang terjadi dalam waktu kurang dari 15 menit dan memiliki
kapasitas adsorpsi 161,8 mg g-1. Dalam penelitiannya juga menunjukkan bahwa
pada pH optimum, yaitu pH 2,53, Fe3O4-AH dapat menghilangkan senyawa
Rhodamin B lebih dari 98,5%. Selain itu, (Madrakian dkk., 2012) juga telah
mempelajari kinetika adsorpsi tujuh senyawa organik zat warna yang berbeda
(Metilen Biru, Kristal Violet, Congo Merah, Janus Hijau, Metil Merah, Reaktif
Biru, dan Thionine) dalam limbah cair menggunakan adsorben magnetit terlapis
ampas daun teh (MNLTW) dengan kapasitas adsorpsi secara berurutan adalah
116,16 mg g-1; 110,07 mg g-1; 79,88 mg g-1; 126,74 mg g-1; 124,83 mg g-1; 85,78
mg g-1; dan 123,49 mg g-1.
Pada penelitian ini, akan dipelajari sintesis material magnetit nanopartikel
terlapisi asam humat (Fe3O4-HA) serta aplikasinya untuk adsorpsi zat warna azo
(kation dan anion). Asam humat ini diharapkan selain memiliki kemampuan
dalam menstabilkan magnetit (Fe3O4) juga memiliki kapasitas adsorpsi yang
tinggi terhadap zat warna tersebut. Pada penelitian ini pula dipilih zat warna azo
(kation dan anion) yang mudah ditemui di labaratorium yaitu metilen biru (kation)
dan metil orange (anion). Uji karakterisasi dengan Spektrofotometer Infra merah
(FTIR), difraktometer sinar-X (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM),
Atomic Absorption Spectoscopy (AAS), dan Spektrofotometer UV-Visible (UVVis) dilakukan untuk mengetahui keberhasilan sintesis dan pengujian aplikasinya.
Dengan diperolehnya informasi dari hasil penelitian ini, diharapkan akan dapat
memberikan manfaat dan dilanjutkan penelitian secara berkesinambungan terkait
pengolahan limbah perairan (waste water treatment) menggunakan material
magnetit terlapisi asam humat (Fe3O4-HA).
I.2
Tujuan Penelitian
Tujuan umum yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sintesis
magnetit nanopartikel terlapisi asam humat (Fe3O4-HA) menggunakan metode
kopresipitasi serta aplikasinya untuk adsorpsi zat warna kation (metilen biru) dan
zat warna anion (metil orange)
Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1.
Mempelajari pengaruh derajat keasaman (pH), waktu kontak, dan konsentrasi
pada proses adsorpsi zat warna kation (metilen blue) dan zat warna anion
(metil orange) dengan Fe3O4-HA.
2.
Mempelajari pH point of zero charge (pHPZC), kestabilan Fe3O4-HA dalam
medium air dan kandungan gugus fungsional HA dan Fe3O4–HA.
3.
Mempelajari kinetika dan isoterm adsorpsi zat warna kation (metilen blue)
dan zat warna anion (metil orange) pada Fe3O4–HA.
I.3
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain:
1.
Memberikan alternatif metode sintesis material magnetit terlapis asam humat
(Fe3O4–HA) yang lebih efektif, sederhana, dan ramah lingkungan.
2.
Memperoleh informasi material magnetit terlapis asam humat (Fe3O4–HA)
yang memiliki kemampuan dalam proses degradasi zat warna.
3.
Memperoleh alternatif baru dalam rangka mengatasi permasalahan limbah zat
warna yakni menggunakan teknologi nanopartikel.