LANDASAN TEORI
B. Proses Adsorpsi
1. Adsorpsi Zat Warna Remazol Yellow
a. Adsorpsi Zat Warna Remazol Yellow oleh Biomassa Tanpa Perlakuan Awal, Aktif dan Terimmobilisasi Natrium Silikat
Perbedaan daya serap biomassa tanpa perlakuan, biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat terhadap zat warna Remazol Yellow
disajikan pada Gambar 6. Data selengkapnya ada pada Lampiran 7.
1,264 1,489 1,790 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Daya Serap (mg/g) Tanpa perlakuan Aktif Imobilisasi
Jenis Perlakuan Biomassa
Gambar 6. Daya Serap Biomassa Rhyzopus oryzae Tanpa Perlakuan Awal, Biomassa Rhyzopus oryzae Aktif dan Biomassa Rhyzopus oryzae Terimmobilisasi
Gambar 6 menunjukkan bahwa perlakuan awal biomassa dengan cara aktivasi menggunakan NaOH dan modifikasi biomassa dengan cara immobilisasi dapat meningkatkan daya serap biomassa jika dibandingkan dengan daya serap biomassa tanpa perlakuan awal. Daya serap biomassa aktif bila dibandingkan dengan biomassa tanpa perlakuan awal mengalami peningkatan sebesar 17,800 %, bila dibandingkan dengan biomassa terimmobilisasi natrium silikat mengalami peningkatan sebesar 29,385 %, sedangkan bila daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat dibandingkan biomassa aktif meningkatan sebesar 20,215 %. Aktivasi dapat meningkatkan daya serap biomassa dimungkinkan karena proses aktivasi menggunakan basa NaOH dapat membersihkan permukaan pori dinding sel jamur dari pengotor yang berupa protein, lipid, dan ion pengganggu sehingga gugus aktif yang berfungsi menyerap zat warna Remazol Yellow meningkat. Daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih besar dibandingkan biomassa aktif, hal ini kemungkinan karena luas permukaan dan volume pori kumulatif biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih besar dibandingkan biomassa aktif. Peningkatan daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat selain dipengaruhi oleh luas permukaan adsorben, kemungkinan juga dipengaruhi oleh gugus aktif dalam biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih banyak dibandingkan biomassa aktif akibat pengaruh adanya gugus aktif pada natrium silikat..
b. Penentuan pH Optimum
pH awal larutan dapat mempengaruhi besarnya adsorpsi zat warna Remazol Yellow oleh biomassa Rhyzopus oryzae. Pada penelitian ini 25 mL larutan zat warna Remazol Yellow ditambah 50 mg biomassa dengan waktu kontak yang seragam yaitu selama 60 menit. Variasi pH pada penelitian ini dilakukan pada pH 7, 8, 9, 10, 11, 12, dan 13. Proses adsorpsi zat warna Remazol Yellow dilakukan pada kondisi basa karena larutan zat warna Remazol Yellow dalam kondisi basa dapat membentuk gugus radikal vinil yang ditunjukkan oleh reaksi berikut : Z-SO2-CH2-CH2-OSO3-Na + NaOH → Z.W.-SO2-CH=CH2 + Na2SO4 + H2O
37
Gugusan –SO2-CH=CH2 merupakan senyawa vinil sulfon dimana gugus SO2 dapat menyebabkan terjadinya kepolaran yang kuat pada gugus radikal vinil yang strukturnya :
δ- δ+
Z-SO2-CH=CH2
Pengaruh pH terhadap daya serap biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat disajikan pada Gambar 7. Data selengkapnya ada pada Lampiran 8 dan 9.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 7 8 9 10 11 12 13 pH D a y a S e ra p ( m g /g ) a b
Gambar 7. Pengaruh pH terhadap Daya Serap Biomassa Rhyzopus oryzae Aktif (a) dan Biomassa Terimmobilisasi Natrium Silikat (b)
Gambar 7 menunjukkan bahwa daya serap biomassa aktif dari pH 7 sampai pH 10 terus mengalami peningkatan, tetapi terjadi penurunan daya serap terjadi setelah pH 11. Uji statistik Duncan dan Anova menunjukkan bahwa daya serap biomassa aktif pada pH 10 dan 11 perbedaannya tidak signifikan maka dapat disimpulkan bahwa pH optimum penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh biomassa aktif terjadi pada pH 10 – 11. Uji statistik penyerapan zat warna
Remazol Yellow oleh biomassa aktif selengkapnya ada pada Lampiran 21.
Daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat dari pH 7 sampai pH 12 terus mengalami peningkatan, setelah pH 12 daya serapnya menurun. Uji statistik Duncan dan Anova penyerapan biomassa terimmobilisasi natrium silikat
menunjukkan bahwa daya serap antara pH 12 dan 11 serta antara pH 12 dan 13 berbeda secara signifikan, sehingga dapat disimpullkan bahwa pH optimum penyerapan oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat terjadi pada pH 12. Uji statistik Duncan dan Anova optimasi pH penyerapan zat warna Remazol Yellow
oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat selengkapnya ada pada Lampiran 22.
Rahmawati, dkk (2003) dalam penelitiannya menunjukkan bahwa pH optimum penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh enceng gondok aktif terjadi pada kondisi pH 11. Penelitian Supriyanto, 2005 menunjukkan bahwa pH optimum penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh alang-alang aktif terjadi pada pH 10.
pH optimum biosorpsi oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih tinggi daripada biomassa aktif. Hal ini kemungkinan karena biomassa yang telah diimobilisasi oleh pendukung berpori natrium silikat mempunyai kekuatan partikel dan ketahanan kimia yang tinggi sehingga bisa lebih tahan pada pH tinggi.
Pada pH dibawah pH optimum penyerapannya lebih kecil, hal ini mungkin karena gugus radikal vinil sulfon yang terbentuk masih sedikit. Pada pH diatas pH optimum penyerapannya juga lebih kecil, hal ini kemungkinkan karena ikatan kimia antara zat warna dengan kitin telah rusak akibat suasana alkali kuat yang pekat dan panas.
c. Penentuan Waktu Kontak Optimum
Pada percobaan penentuan waktu kontak optimum ini masing-masing biomassa dilakukan pada pH optimum. Penentuan waktu kontak optimum untuk biomassa aktif dilakukan pada pH 11, sedangkan penentuan waktu kontak optimum biomassa terimmobilisasi natrium silikat dilakukan pada pH 12. Larutan zat warna Remazol Yellow yang digunakan pada proses biosorpsi sebanyak 25 mL kemudian ditambah 50 mg biomassa. Variasi waktu kontak pada penelitian ini dilakukan pada 10, 20, 30, 40 60, 80, dan 100 menit.
39
Pengaruh waktu kontak terhadap daya serap biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat disajikan pada Gambar 8. Data selengkapnya ada pada Lampiran 10 dan 11.
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Waktu Kontak (menit)
D a y a S e ra p ( m g /g ) a b
Gambar 8. Pengaruh Waktu Kontak terhadap Daya Serap Biomassa Rhyzopus oryzae Aktif (a) dan Biomassa Terimmobilisasi Natrium Silikat (b)
Gambar 8 menunjukkan bahwa daya serap biomassa aktif selama waktu kontak 10 sampai 30 menit terus mengalami peningkatan, setelah 30 menit daya serap biomassa aktif cenderung konstan. Berdasarkan uji statistik Duncan dan Anova penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh biomassa aktif mencapai optimum pada waktu kontak 30 menit. Uji statistik Duncan dan Anova optimasi waktu kontak penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh biomassa aktif selengkapnya disajikankan pada Lampiran 23.
Daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat pada waktu kontak 10 sampai 20 menit daya serapnya mengalami peningkatan. Setelah waktu kontak selama 20 menit daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat cenderung konstan. Uji satistik Duncan dan Anova menunjukkan bahwa penyerapan zat warna Remazol Yellow mencapai optimum pada waktu kontak selama 20 menit. Data uji statistik Duncan dan Anova optimasi waktu kontak penyerapan zat warna
Remazol Yellow oleh biomassa terimmobilisasi selengkapnya disajikan pada Lampiran 24.
Waktu kontak optimum penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih singkat dibandingkan biomassa
aktif. Hal ini disebabkan karena luas permukaan biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih besar daripada biomassa aktif.
d. Penentuan Isoterm Adsorpsi Biomassa Aktif
Penentuan jenis isoterm adsorpsi bertujuan untuk mengetahui proses penyerapan yang terjadi antara biomassa sebagai adsorben dan zat warna Remazol Yellow sebagai zat yang diserap oleh adsorben (adsorbat). Penentuan isoterm adsorpsi jamur aktif ini dilakukan pada kondisi pH dan waktu kontak optimum, yaitu pada pH 11 dan waktu kontak 30 menit.
Menurut Stum dan Morgan (1995) adsorpsi biasanya ditulis dengan isoterm yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi zat yang diserap (adsorbat) dan jumlah yang diserap pada temperatur konstan. Dua jenis adsorpsi yang sering digunakan untuk menentukan jenis adsorpsi pada proses biosorpsi ini adalah isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich.
1. Isoterm Langmuir
Penentuan isoterm Langmuir dilakukan dengan cara membuat kurva hubungan antara 1/Cakhir dan 1/daya serap (1/Q), sehingga dapat diperoleh kurva 1/Q versus 1/Cakhir diperoleh kurva isoterm Langmuir untuk proses biosorpsi. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir biomassa aktif ditunjukkan oleh Gambar 9. Data selengkapnya ada pada Lampiran 13.
y = 6,9742x + 0,0003 R2 = 0,9952 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 1/Cakhir 1 /Q
Gambar 9. Isoterm Adsorpsi Langmuir Biomassa Rhyzopus oryzae Aktif Dari kurva isoterm adsorpsi Langmuir pada Gambar 9 diperoleh persamaan garis lurus y = 6,9742 x + 0,0003 dengan harga R2 = 0,9952.
41
2. Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich ditentukan dengan cara membuat kurva hubungan log Cakhir dan log Q. Kurva isoterm adsorpsi Freundlich log Q versus log Cakhir disajikan oleh Gambar 10. Data selengkapnya ada pada Lampiran 14.
y = 0,9235x - 0,7372 R2 = 0,9851 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Log Cakhir L o g Q
Gambar 10. Isoterm Adsorpsi Freundlich Biomassa Rhyzopus oryzae Aktif
Dari kurva isoterm adsorpsi Freundlich diperoleh persamaan garis lurus y = 0,9235 x – 0,7372 dengan harga R2 = 0,9851.
Harga koefisien regresi linier (R2) isoterm Langmuir (0,9952) lebih besar bila dibandingkan dengan isoterm Freundlich (0,9851) sehingga isoterm adsorpsi yang sesuai untuk penyerapan zat warna Remazol Yellow oleh biomassa aktif adalah isoterm Langmuir. Isoterm Langmuir ini mengasumsikan bahwa proses adsorpsi zat warna Remazol Yellow oleh biomassa aktif cenderung bersifat kimia yang menyebabkan terbentuknya lapisan tunggal (monolayer adsorption) yang menyeluruh.
e. Penentuan Isoterm Adsorpsi Biomassa Terimmobilisasi Natrium Silikat
Proses adsorpsi zat warna Remazol Yellow oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat juga dilakukan pada kondisi pH dan waktu kontak optimum yaitu pada pH 12 dan waktu kontak 20 menit.
1. Isoterm Langmuir
Kurva isoterm Langmuir biomassa terimmobilisasi natrium silikat ditunjukkan oleh Gambar 11. Data selengkapnya ada pada Lampiran 16.
y = 4,7112x - 0,0008 R2 = 0,9882 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 1/Cakhir 1 /Q
Gambar 11. Isoterm Adsorpsi Langmuir Biomassa Rhyzopus oryzae
Terimmobilisasi Natrium Silikat
Dari kurva isoterm adsorpsi Langmuir diperoleh persamaan garis lurus y = 4,7112 x – 0,0008 dengan harga R2 = 0,9882.
2. Isoterm Freundlich
Kurva isoterm Freundlich log Q versus log Cakhir ditunjukkan pada Gambar 12. Data selengkapnya ada pada Lampiran 17.
y = 0,8807x - 0,5104 R2 = 0,9701 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 0,5 1 1,5 2 Log Cakhir L o g Q
Gambar 12. Isoterm Adsorpsi Freundlich Biomassa Rhyzopus oryzae
Terimmobilisasi Natrium Silikat
Dari kurva isoterm Freundlich biomassa terimmobilisasi natrium silikat diperoleh persamaan garis lurus y = 0,8807 x – 0,5104 dengan harga R2 = 0,9701.
Harga koefisien regresi (R2) isoterm Langmuir (0,9882) lebih besar bila dibandingkan dengan isoterm Freundlich (0,9701) sehingga isoterm adsorpsi zat
43
warna Remazol Yellow oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat yang sesuai adalah isoterm Langmuir. Isoterm adsorpsi biomassa terimmobilisasi natrium silikat sama dengan isoterm adsorpsi biomassa aktif yaitu isoterm adsorpsi Langmuir, sehingga diasumsikan bahwa proses adsorpsi zat warna Remazol Yellow oleh biomassa terimmobilisasi cenderung bersifat kimia yang menyebabkan terbentuknya lapisan tunggal (monolayer) yang menyeluruh.
Menurut Gitopadmojo, 1978 senyawa radikal vinil sulfon pada zat warna
Remazol Yellow dapat bereaksi dengan gugus hidroksil pada selulosa membentuk ikatan kovalen dengan reaksi sebagai berikut :
Z-SO2-CH=CH2 + R-O-H → Z.W.-SO2-CH2-CH2-OR
Berdasarkan spektra FTIR baik biomassa Rhyzopus oryzae aktif maupun biomassa Rhyzopus oryzae terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan adanya gugus hidroksil (O-H), sehingga senyawa radikal vinil sulfon pada zat warna
Remazol Yellow kemungkinan juga bisa bereaksi dengan gugus hidroksil pada biomassa aktif dan terimmobilisasi natrium silikat membentuk ikatan kovalen. Selain mengandung hidroksil, pada biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi juga mengandung gugus C=O amida yang lebih reaktif dibanding gugus hidroksil, sehingga kemungkinan gugus C=O amida pada biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat dapat bereaksi dengan senyawa vinil sulfon pada zat warna Remazol Yellow membentuk ikatan kovalen. Pada spektra FTIR biomassa terimmobilisasi natrium silikat juga mengandung gugus Si-O-Si yang cukup reaktif, sehingga kemungkinan juga mampu bereaksi dengan senyawa vinil sulfon membentuk ikatan kovalen.
C. Aplikasi Limbah 1. Adsorpsi
Limbah industri batik diambil dari bak penampungan setelah proses pencelupan sebelum limbah tersebut dialirkan ke sungai. Proses adsorpsi dilakukan masing-masing pada kondisi optimum yaitu untuk adsorpsi dengan biomassa aktif pada pH 11 waktu kontak 30 menit, sedangkan proses adsorpsi
limbah zat warna oleh biomassa terimmobilisasi natrium silikat pada kondisi pH 12 waktu kontak 20 menit. Pada penelitian ini sebanyak 25 mL limbah zat warna diadsorpsi dengan penambahan 50 mg biomassa. Data hasil adsorpsi biomassa aktif dan terimmobilisasi natrium silikat ditunjukkan oleh Tabel 4. Data selengkapnya ada pada Lampiran 18.
Tabel 4. Adsorpsi Biomassa Aktif dan Biomassa Terimmobilisasi Natrium Silikat terhadap Limbah Zat Warna
Jenis Biomassa Konsentrasi terserap (ppm) Daya serap (mg/g) % Adsorpsi Aktif 10,035 (±0.250) 5,018 (±0.125) 27,957 (±0,691) Terimmobilisasi 14,336 (±0.320) 7,168 (±0.160) 40,089 (±0,894)
Tabel 4 menunjukkan bahwa biomassa terimmobilisasi natrium silikat mempunyai daya serap terhadap limbah zat warna yang mempunyai harga panjang gelombang maksimal sama dengan zat warna Remazol Yellow yaitu sebesar 416 nm lebih besar dibandingkan biomassa aktif, hal ini kemungkinan karena luas permukaan biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih luas daripada biomassa aktif dan karena jumlah gugus aktif pada biomassa terimmobilisasi lebih banyak daripada biomassa aktif. Hal ini juga sama seperti penyerapan biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat terhadap sampel zat warna Remazol Yellow, dimana penyerapan biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih besar dibanding penyerapan biomassa aktif. Perlakuan awal dengan cara immobilisasi dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi biomassa
Rhyzopus oryzae aktif terhadap limbah zat warna yang mempunyai panjang gelombang maksimal sama dengan zat warna Remazol Yellow yaitu 416 nm dari 27,957 % menjadi 40,089 %.
2. Desorpsi
Proses desorpsi limbah zat warna dilakukan dengan cara menambahkan 25 mL aquades ke adsorben biomassa setelah digunakan untuk mengadsorpsi limbah zat warna. Waktu kontak proses desorpsi ini sama dengan waktu kontak
45
pada proses adsorpsi yaitu selama waktu kontak optimum untuk masing-masing biomassa, dimana untuk desorpsi biomassa aktif dilakukan selama waktu kontak 30 menit sedangkan biomassa terimmobilisasi natrium silikat selama 20 menit. Filtrat yang dihasilkan setelah penyaringan diukur absorbansinya dengan spektroskopi UV-VIS. Data hasil desorpsi biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat terhadap limbah zat warna yang mempunyai panjang gelombang maksimal sama dengan zat warna Remazol Yellow yaitu pada 416 nmpada Tabel 5. Data selengkapnya ada pada Lampiran 19.
Tabel 5. Hasil Desorpsi Biomassa Aktif dan Terimmobilisasi Natrium Silikat terhadap Limbah Zat Warna
Jenis Biomassa Konsentrasi terdesorpsi (ppm) % Desorpsi rata-rata
Aktif 1,229 (±0,137) 12,245 (±1,268)
Immobilisasi 3,588 (±0,198) 25,015 (±0,871)
Proses desorpsi ini dapat digunakan untuk mengetahui jenis ikatan yang terjadi antara adsorben dan adsorbat. Tabel 5 menunjukkan bahwa desorpsi limbah zat warna pada panjang gelombang yang sama dengan zat warna Remazol Yellow yaitu 416 nm relatif kecil. Hal ini menunjukkan bahwa ikatan kimia yang terjadi antara limbah zat warna yang mempunyai panjang gelombang sama dengan zat warna Remazol Yellow yaitu 416 nmdengan biomassa lebih dominan dibanding ikatan fisika.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN