Deskripsi Lokasi Sampling Tuf Volkan
Lokasi sampling tuf volkan TV-3 G. Salak berada di desa Sukajadi, Bogor, Jawa Barat dengan koordinat geografis 6o39’28” LS dan 106o43’52,2” BT, altitude 670 m dpl, formasi geologi Qvsb (quarter volcanic salak brecci; batuan gunung api G. Salak), terdiri atas lahar, breksi tufaan dan lapili, bersusunan andesit basal, umumnya sangat lapuk. Peta lokasi sampling disajikan pada Lampiran 1. Foto profil TV-3 G. Salak disajikan pada Lampiran 2.
Menurut Tan (1964), bahan induk tanah-tanah di lokasi yang disampling dari arah Timur ke Barat berubah dari tipe basa ke masam. Lebih lanjut, Whitford (1975 dalam van Ranst et al., 2004) juga menyatakan bahwa bahan induk tanah di Pulau Jawa berevolusi menjadi bertipe semakin masam dari arah Timur ke Barat. Secara lebih spesifik, hasil penelitian van Ranst et al. (2004) menunjukkan bahwa bahan induk tanah-tanah yang berkembang dari abu volkan di Jawa Timur bersifat basa (calc-alkaline basaltic ash), sedangkan ke arah Barat bersifat lebih masam, yaitu tipe basalt-andesitic ash (Jawa Tengah) dan andesitic-tuffaceous ash (Jawa Barat). Hal ini menunjukkan bahwa kondisi iklim (suhu dan curah hujan) dan lingkungan pencucian yang semakin hebat ke arah Jawa Barat lebih mendukung pembentukan dan perkembangan mineral-mineral aluminosilikat sebagai hasil dari proses pelapukan bahan induk volkan. Di antara mineral liat yang terbentuk tersebut adalah Alofan dan Imogolit yang kini telah diketahui bersifat kristalin dan memiliki ukuran pada tingkat nano (<5 nm) (Abidin, 2003 dalam Sugiarti et al., 2010). Dengan demikian, dari sampel tuf volkan yang diambil di Bogor, Jawa Barat diharapkan diperoleh fraksi nano yang lebih banyak dengan tingkat kristalisasi yang lebih sempurna daripada dari sampel yang diambil di Jawa Tengah.
Ekstraksi berdasarkan Metode Gravimetrik
Bahan induk tuf volkan TV-3 bersusunan tufa andesitik (van Ranst et al. 2004). Hal ini menunjukkan bahwa tuf volkan TV-3 bersifat lebih masam, sehingga berpotensi mengandung banyak fraksi liat dan nano yang bermuatan positif. Tabel 1 menunjukkan bahwa dari 292.33 g BKM sampel tuf volkan TV-3
dapat diekstraksi fraksi nano sejumlah 2.7082 mg/g tuf volkan dan fraksi liat sejumlah 3.8769 mg/g tuf volkan.
Tabel 1. Hasil penetapan kadar fraksi nano dan liat dalam 10 cc suspensi
Ulangan
Tuf Volkan Fraksi Liat Fraksi Nano
KA (%) BKU (g) BKM (g) BKM (mg) mg/g tuf volkan (%) BKM (mg) mg/g tuf volkan (%) 1 23.15 360 292.3264 26.40 4.5155 0.45 11.90 2.0354 0.20 2 29.80 5.0970 0.51 22.00 3.7629 0.38 3 11.80 2.0183 0.20 13.60 2.3262 0.23 Rata-rata 22.67 3.8769 0.39 15.83 2.7082 0.27
Karakterisasi Jerapan Fosfat dari Fraksi Nano dan Fraksi Liat TV-3
Pengukuran P dilakukan dengan metode Murphy dan Riley (1962) dan konsentrasi P dalam keseimbangan diukur dengan UV-Vis spektrofotometer pada λ 660 nm. Jerapan P diperoleh dari selisih antara jumlah P yang ditambahkan dan P di dalam larutan kesetimbangan (nilai P yang terukur). Untuk menghitung jerapan P digunakan persamaan isotermal Langmuir sebagai berikut :
x/m= kbC
(1+kC)
dimana :
C = konsentrasi P kesetimbangan
x/m = jumlah P yang dijerap per satuan berat fraksi liat atau nano k = konstanta (energi ikatan)
b = jerapan P maksimum
Jerapan maksimum (nilai b) menunjukkan kemampuan maksimum adsorbent untuk menjerap P yang ditambahkan. Energi ikatan (nilai k) adalah kemampuan adsorbent untuk menjerap P yang ditambahkan, sehingga mudah tidaknya P terjerap dapat diduga. Semakin tinggi nilai k, energi yang dibutuhkan untuk menjerap P semakin tinggi (Kasno, 2002).
Data hasil percobaan uji pengaruh waktu ekuilibrasi terhadap jerapan P secara lengkap disajikan pada Lampiran 3 sampai 8.
Tabel 2. Nilai Jerapan Maksimum dan Energi Ikatan Sampel Waktu
Ekulibrasi
Fraksi Nano Fraksi Liat
k b k b
TV-3
24 jam 0.7883 14.5138 1.0827 4.5998 72 jam 0.1912 25.1256 0.4140 20.3666 144 jam 0.4499 32.7869 0.3658 25.1256 Nanoclay 24 jam 0.4980 16.2338 Yuan & Wu
(2007) Imogolit 16 jam 0.2352 3.7523 Parfitt & Henmi
(1980)
Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai jerapan maksimum P pada fraksi nano dan liat yang diekstraksi dari tuf volkan TV-3 G. Salak, Bogor meningkat dengan semakin lamanya waktu ekuilibrasi. Jika dibandingkan dengan literatur, jerapan maksimum P pada nanoclay China dengan waktu ekuilibrasi 24 jam (Yuan dan Wu, 2007) dan Imogolit New Zealand dengan waktu ekuilibrasi 16 jam (Parfitt dan Henmi, 1980) lebih rendah dibandingkan dengan pada fraksi nano yang diekstraksi dari tuf volkan TV-3 G. Salak, Bogor dengan waktu ekuilibrasi 72 dan 144 jam.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada konsentrasi keseimbangan yang sama (C, sumbu X Gambar 7), jerapan fosfat (PO4-3 ) per satuan berat yang
sama (x/m, sumbu Y Gambar 7) pada fraksi nano TV-3 lebih tinggi dibandingkan pada fraksi liat. Hal ini dipengaruhi oleh tingkat kristalisasi fraksi nano yang telah sempurna dan ukuran fraksi nano yang lebih halus sehingga memiliki kapasitas jerapan P yang lebih tinggi daripada fraksi liat. Bola-nano Alofan dan tabung- nano Imogolit masing-masing memiliki luas permukaan 1000-1200 dan 1100- 1300 m2/g. Dibandingkan luas permukaan montmorilonit, nilai-nilai ini lebih besar 3-4 kali lipat. Perbedaan kapasitas jerapan fosfat tersebut meningkat dengan meningkatnya C.
Hal ini menunjukkan potensi fraksi nano alami yang diekstraksi dari bahan tuf volkan Indonesia lebih prospektif untuk dimanfaatkan sebagai flokulan kontaminan P pada proses remediasi air terkontaminasi P daripada material nano alami nanoclay dari China atau pun imogolit dari New Zealand.
0.00 20.00 40.00 24 72 144 P yan g T e r je r ap ( m g/ g)
Waktu Ekuilibrasi (jam)
Fraksi Liat Fraksi Nano
Gambar 7. Jerapan isotermal fosfat pada fraksi nano dan fraksi liat yang diekstraksi dari tuf volkan TV-3 G. Salak dalam 1 mM CaCl2
[a] [b]
Gambar 8. Pengaruh waktu ekuilibrasi terhadap jerapan P pada konsentrasi larutan P yang ditambahkan 5 ppm [a] dan 240 ppm [b]
Waktu ekuilibrasi mempengaruhi jerapan fosfat. Semakin lama waktu ekuilibrasi semakin tinggi fosfat yang terjerap, baik pada fraksi nano maupun liat (Gambar 8) yang ditunjukkan oleh warna larutan yang lebih terang dengan penambahan waktu ekuilibrasi dari 72 jam ke 144 jam (Gambar 9). Pada konsentrasi larutan P yang ditambahkan rendah (5 ppm), dari waktu ekuilibrasi 24 jam ke 144 jam tidak terjadi peningkatan jerapan P yang signifikan (Gambar 8 [a]), dimana jerapan P hanya meningkat 1.13% pada fraksi nano dan 2.19% pada fraksi liat. Pada konsentrasi larutan P yang ditambahkan tinggi (240 ppm) terlihat
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 0 20 40 60 80 P t erj era p ( m g /g )
Konsentrasi P dalam kesetimbangan (mg/L)
Fraksi Nano (24 jam) Fraksi Liat (24 jam) Fraksi Nano (72 jam) Fraksi Liat (72 jam) Fraksi Nano (144 jam) Fraksi Liat (144 jam) Yuan dan Wu (2007) 24 jam Parfitt dan Henmi (1980) 16 jam 0.00 1.00 2.00 24 72 144 P yan g T e r je r ap ( m g/ g)
Waktu Ekuilibrasi (jam)
Fraksi Liat Fraksi Nano
72 jam
144 jam
bahwa semakin lama waktu ekuilibrasi maka peningkatan jerapan P semakin signifikan (Gambar 8 [b]), dimana jerapan P meningkat 54.58% pada fraksi nano dan 80.46% pada fraksi liat. Hal ini menunjukkan bahwa waktu ekuilibrasi yang semakin lama memungkinkan reaksi jerapan fosfat berlangsung lebih baik untuk mencapai kondisi keseimbangan. Secara lebih spesifik, penambahan waktu ekuilibrasi menyebabkan peningkatan jerapan P yang lebih tinggi tetapi dengan jumlah P terjerap yang lebih rendah pada fraksi liat dibandingkan pada fraksi nano. Hal ini dengan demikian juga menunjukkan bahwa kondisi reaksi kesetimbangan lebih cepat tercapai pada fraksi nano daripada fraksi liat. Hasil ini menunjukkan bahwa fraksi nano bermuatan positif yang diekstraksi dari tuf volkan TV-3 G. Salak prospektif untuk dimanfaatkan sebagai flokulan di bidang sanitasi lingkungan dalam proses pengolahan air (limbah) terkontaminasi P. Endapan yang terbentuk sebagai hasil proses flokulasi akan dapat dimanfaatkan sebagai pupuk P.
[a] [b]
Gambar 9. Perubahan kepekatan warna biru larutan yang menunjukkan peningkatan jerapan P oleh fraksi nano [a] dan liat [b] dengan penambahan waktu ekuilibrasi 72 ke 144 jam
Peningkatan waktu ekuilibrasi dari 24 ke 72 dan 144 jam, dengan diagitasi 3x10 detik menggunakan magnetic stirrer dua kali sehari pada pukul 08.00 dan 16.00, dapat meningkatkan jerapan P pada fraksi nano dan liat. Hal ini berkaitan dengan peningkatan efektivitas reaksi penjerapan akibat meningkatnya peluang kontak antara fraksi nano atau liat TV-3 dengan ion fosfat. Dengan demikian diharapkan akan terjadi peningkatan jerapan P (PO43-) dengan semakin tingginya