ADSORPSI ZAT WARNA
FORON YELLOW
MENGGUNAKAN
KITOSAN DAN KITOSAN-BATANG TALAS
DEWITA AYU SEJATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi Adsorpsi Zat Warna Foron Yellow Menggunakan Kitosan dan Kitosan-Batang Talas adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
ABSTRAK
DEWITA AYU SEJATI. Adsorpsi Zat Warna Foron Yellow Menggunakan Kitosan dan Kitosan-Batang Talas. Dibimbing oleh HENNY PURWANINGSIH dan BETTY MARITA SOEBRATA.
Pencemaran air akibat limbah zat warna industri tekstil merupakan salah satu masalah besar yang dihadapi saat ini. Penelitian ini bertujuan mengukur pengaruh waktu adsorpsi, konsentrasi adsorbat, dan pH terhadap kapasitas dan efisiensi adsorpsi serta menentukan isoterm adsorpsi dari kedua adsorben. Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu, pH, dan konsentrasi adsorbat menggunakan metode response surface dengan central composite design (CCD). Kondisi yang menghasilkan adsorpsi terbaik adalah konsentrasi adsorbat 18 ppm, waktu 75 menit, dan pH 5. Kapasitas adsorpsi tertinggi pada pengujian larutan tunggal foron yellow untuk kitosan dan kitosan-batang talas berturut-turut sebesar 543 µg/g dan 669 µg/g dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 61% dan 74%. Aplikasi kitosan dan kitosan-batang talas terhadap limbah industri batik menunjukkan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 37% dan 38%. Adsorben kitosan dan kitosan-batang talas diduga mengikuti model isoterm adsorpsi Freundlich.
Kata kunci: adsorpsi, foron yellow, isoterm, kitosan, kitosan-batang talas.
ABSTRACT
DEWITA AYU SEJATI. Adsorption of Foron Yellow Dyes Using Chitosan and Chitosan–Taro Stem. Supervised by HENNY PURWANINGSIH and BETTY MARITA SOEBRATA.
Water pollution caused by dyes textile industry waste is one of the major problems faced today. This study aimed to evaluate the effect of adsorption time, adsorbate concentration, and pH on the adsorption capacity and efficiency as well as determining the adsorption isotherms of the two adsorbents. Adsorption was done at various time, pH, and adsorbate concentration using response surface method with central composite design (CCD). Conditions that produce the best adsorption was at 18 ppm concentration, 75 minut es, and pH of 5. The highest adsorption capacity in testing foron yellow single solution for chitosan and chitosan-taro stem were 543 µg/g and 669 µg/g with adsorption efficiency were 61% and 74%, respectively. Application of chitosan and chitosan-taro stem adsorbents toward batik industrial waste showed adsorption efficiency of 37% and 38%, respectively. Chitosan and chitosan-stem taro adsorbent is suspected to follow Freundlich adsorption isotherm models.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2014
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
ADSORPSI ZAT WARNA
FORON YELLOW
MENGGUNAKAN
KITOSAN DAN KITOSAN-BATANG TALAS
DEWITA AYU SEJATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Adsorpsi Zat Warna Foron Yellow Menggunakan Kitosan dan Kitosan-Batang Talas
Nama : Dewita Ayu Sejati
NIM : G44100029
Disetujui oleh
Dr Henny Purwaningsih, SSi, MSi Betty Marita Soebrata, SSi, MSi Pembimbing I Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen Kimia
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 sampai Mei 2014 di Laboratorium Kimia Fisik IPB ini ialah adsorpsi, dengan judul “Adsorpsi Zat Warna Foron Yellow Menggunakan Kitosan dan Kitosan-Batang Talas”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Henny Purwaningsih MSi dan Betty Marita Soebrata MSi selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat, dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Ibu Ai dan Pak Mail atas segala fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan selama penelitian berlangsung.
Terima kasih tak terhingga penulis ucapkan kepada Ayah, Ibu, Kakak-kakak dan seluruh keluarga atas dorongan semangat, doa, bantuan fisik dan materi, kesabaran, dan kasih sayangnya kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Muhammad Fajar atas dorongan semangat, doa, dan bantuannya selama penelitian berlangsung. Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Anak Fisik (ASIK) 47 atas diskusi dan rekan kerja selama penelitian, juga teman-teman Kimia 47. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Mei 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xvi
DAFTAR GAMBAR xvi
DAFTAR LAMPIRAN xvi
PENDAHULUAN 1
METODOLOGI PENELITIAN 2
Bahan dan Alat 2
Metode Penelitian 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 5
Kadar Air dan Kadar Abu 5
Kondisi Adsorben 5
Isoterm Adsorpsi 7
Spektrum FTIR 9
Hasil Aplikasi pada Limbah Industri 10
SIMPULAN DAN SARAN 11
Simpulan 11
Saran 11
DAFTAR PUSTAKA 12
DAFTAR TABEL
1 Nilai n, k, , dan kedua adsorben 8
2 Hasil pengukuran intensitas warna limbah industri 10
DAFTAR GAMBAR
1 Struktur kimia kitosan 1
2 Struktur kimia selulosa 2
3 Struktur foron yellow 2
4 Warna foron yellow 7
5 Kurva isoterm Langmuir dan Freundlich adsorben kitosan 8 6 Kurva isoterm Langmuir dan Freundlich adsorben kitosan-batang talas 9
7 Spektrum tumpuk IR 10
8 Limbah industri 11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir uji 14
2 Rancangan central composite design 15
3 Kadar air batang talas 16
4 Kadar abu batang talas 17
PENDAHULUAN
Pencemaran air merupakan masalah besar yang dihadapi saat ini. Salah satu contohnya adalah tercemarnya air sungai atau danau oleh limbah industri tekstil seperti zat pewarna. Zat pewarna yang dibuang ke air sungai maupun danau akan mengganggu ekosistem perairan, memperlambat aktivitas fotosintesis karena menghalangi sinar matahari masuk ke dalam air, menghambat pertumbuhan biota perairan, mengurangi nilai estetika sehingga dapat menurunkan potensinya sebagai objek wisata, dan sangat tidak diharapkan pada pengolahan air minum karena dapat menimbulkan penyakit. Oleh karena itu, diperlukan pengolahan limbah cair untuk mengatasi permasalahan ini. Salah satu cara yang banyak digunakan adalah adsorpsi.
Beberapa penelitian melaporkan bahwa produk samping hasil perikanan seperti kitosan berpotensi sebagai adsorben, di antaranya kitosan berbasis limbah udang sebagai adsorben zat warna direct black 38 (Arifin et al. 2012), kemudian kitin dan kitosan sebagai adsorben zat warna procion red (Purwaningrum et al. 2013). Bahan baku kitosan juga melimpah sumbernya dan dapat diperbarui, salah satunya adalah limbah cangkang udang. Kitosan memiliki struktur berpori yang mengandung tapak aktif berupa gugus-gugus amino (-NH2) dan hidroksil (-OH) sehingga dapat mengikat zat warna pada limbah cair industri. Gugus aktif –NH2 pada permukaan kitosan akan bermuatan positif pada medium air dan asam (Mahatmanti dan Sumarni 2003). Struktur kitosan disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1 Struktur kimia kitosan
Gambar 2 Struktur kimia selulosa
Kitosan dan kitosan yang dicampur dengan batang talas dipelajari daya adsorpsinya terhadap zat warna sintetik, foron yellow (Gambar 3). Foron yellow mempunyai rumus kimia C18H15N3O4S dan bobot molekul 369.3944 g/mol, merupakan salah satu jenis zat warna anionik yang digunakan dalam industri tekstil.
Gambar 3 Struktur foron yellow
Limbah zat warna sintetik dari industri pada jumlah tertentu dapat berdampak buruk bagi kesehatan makhuk hidup. Kombinasi baru antara kitosan dan batang talas ini diharapkan akan meningkatkan daya adsorpsi terhadap zat warna sintetik foron yellow. Interaksi ionik terjadi pada kitosan-batang talas dengan zat warna memungkinkan zat warna teradsorpsi ke dalam adsorben.
Penelitian ini bertujuan mengukur pengaruh waktu adsorpsi, konsentrasi zat warna, dan pH pada efisiensi dan kapasitas adsorpsi serta menentukan isoterm adsorpsi dari adsorben yang berasal dari kitosan dan kitosan-batang talas. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari hingga Mei 2014 di Laboratorium Kimia Fisik, Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor (IPB), Bogor.
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan dan Alat
(WISCONSIN), neraca analitik (KERN), desikator, hot plate, alat-alat kaca, spektrofotometer Ultraviolet-tampak (UV-Vis) (Shimadzu Pharmaspec 1700), spektrofotometer 20 D+ (Thermospectronic), spektrofotometer DR 2000 HACH, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) (IR-Prestige 21), dan software Minitab 14.
Metode Penelitian
Penelitian ini dibagi menjadi 10 tahap dimulai dari preparasi kitosan dan batang talas, analisis kadar air dan kadar abu batang talas, preparasi campuran kitosan-batang talas, pencirian spektrum FTIR, pembuatan larutan zat warna foron yellow, penentuan kondisi adsorpsi, analisis isoterm adsorpsi, dan aplikasi adsorben pada limbah industri. Diagram alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.
Preparasi Kitosan dan Batang Talas (Horsfall et al. 2003)
Serbuk kitosan diperoleh dari PT Biotech Surindo. Batang talas diperoleh dari kaki Gunung Salak. Batang talas dipotong kecil-kecil kemudian dikering-udarakan di bawah sinar matahari dan digiling sampai berukuran 60 mesh. Kadar Air Batang Talas (AOAC 2005)
Cawan petri dikeringkan dalam oven selama 1 jam dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit. Contoh sebanyak 2 g ditimbang dan dimasukkan ke dalam cawan, lalu dikeringkan kembali pada suhu yang sama. Selanjutnya cawan berisi contoh didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Perhitungan kadar air dilakukan sebanyak 3 kali ulangan. Kadar air dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Kadar air (%) = x 100%
a = bobot contoh dan cawan petri sebelum dikeringkan (g) b = bobot contoh dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot contoh (g)
Kadar Abu Batang Talas (AOAC 2005)
Cawan porselen dikeringkan dalam oven selama 1 jam dan didinginkan dalam desikator selama 15 menit. Contoh sebanyak 2 g ditimbang dan dimasukkan dalam cawan, lalu dibakar sampai tidak berasap lagi. Setelah itu, contoh diabukan dalam tanur dengan suhu 600 ºC sampai berwarna putih (semua contoh menjadi abu) dan bobotnya konstan. Contoh didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Perhitungan kadar abu dilakukan sebanyak 3 kali ulangan. Kadar abu dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Kadar abu (%) = x 100% a = bobot cawan kosong (g) b = bobot abu + cawan (g) c = bobot contoh (g)
Preparasi Campuran Kitosan-Batang Talas (Jabli et al. 2013)
Kitosan sebanyak 10 g dimasukkan perlahan dalam 100 mL larutan asam asetat (2% b/v) dan diaduk dengan stirrer pada suhu 70 °C selama 4 jam. Serbuk batang talas sebanyak 10 g kemudian dimasukkan secara perlahan ke dalam larutan kitosan tersebut dan diaduk dengan stirrer selama 4 jam pada suhu ruang. Campuran disaring dengan saringan 60 mesh lalu filtrat diendapkan dalam larutan NaOH 2 M. Kitosan-batang talas dikeringkan dalam desikator selama 24 jam kemudian disaring dan dicuci beberapa kali dengan akuades sampai pH netral.
Pencirian Spektrum FTIR
Contoh kitosan, batang talas, dan kitosan-batang talas masing-masing sebanyak 0.02 g dihaluskan secara hati-hati dengan 0.1 g KBr kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 60 °C selama 12 jam. Setelah itu, dicetak dalam bentuk pelet, dan dilakukan spektrum FTIRnya pada bilangan gelombang 500˗ 4000 cm-1.
Pembuatan Larutan Zat Warna Foron Yellow (Raghuvanshi et al. 2004) Larutan stok zat warna foron yellow 100 ppm dibuat dengan cara melarutkan 0.01 g serbuk zat warna dalam akuades dan diencerkan sampai 100 mL. Larutan 100 ppm ini diencerkan ke 20 ppm kemudian diukur absorbansnya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 450˗ 500 nm sehingga akan didapatkan panjang gelombang maksimum. Kurva standar dibuat dengan konsentrasi larutan zat warna 1, 5, 10, 15, 20, 25, dan 50 ppm.
Penentuan Kondisi Adsorpsi (Raghuvanshi et al. 2004)
Adsorben (kitosan dan kitosan-batang talas) masing-masing 1 g dimasukkan ke dalam 50 mL larutan zat warna. Kondisi adsorpsi ditentukan dengan metode central composite design (CCD) dengan ragam konsentrasi 5, 10, dan 15 ppm; ragam waktu adsorpsi 60, 75, dan 90 menit; dan ragam pH 4, 5, dan 6 kemudian larutan dikocok dengan shaker. Perubahan warna yang terjadi diamati. Campuran lalu disaring dan absorbans filtratnya diukur pada panjang gelombang maksimum dengan spektrofotometer 20D+. Kondisi yang digunakan sebagai faktor adalah waktu adsorpsi, konsentrasi awal zat warna, dan pH, sedangkan responsnya adalah kapasitas dan efisiensi adsorpsi. Desain riset CCD disajikan pada Lampiran 2. Kondisi adsorpsi ditentukan dengan menghitung kapasitas dan efisiensi adsorpsinya:
Q =
Efisiensi (%) = x 100% dengan
Q = kapasitas adsorpsi per satuan bobot adsorben ( g/g adsorben) V = volume larutan (mL)
C awal = konsentrasi awal larutan (ppm) C akhir = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
Analisis Isoterm Adsorpsi Freundlich dan Langmuir (Raghuvanshi et al. 2004)
Adsorben sebanyak 1 g (kitosan dan kitosan-batang talas) ditambahkan ke dalam erlenmeyer berisi 50 mL zat warna pada kondisi adsorpsi terbaik. Kemudian dibuat persamaan regresi linear menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich untuk menentukan tipe isoterm yang sesuai. Persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich adalah sebagai berikut:
Isoterm Langmuir : = Isoterm Freundlich : = k Aplikasi pada Limbah Industri
Adsorben sebanyak 1 g dimasukkan ke dalam 50 mL limbah industri, lalu dikocok dengan shaker pada kondisi adsorpsi terbaik. Campuran disaring dan filtrat yang diperoleh diukur intensitas warnanya menggunakan Spectronic DR 2000 HACH. Intensitas warna tersebut kemudian dibandingkan dengan intensitas warna limbah awal dan efisiensi adsorpsi dari setiap adsorben ditentukan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kadar Air dan Kadar Abu
Kitosan komersial dari PT Biotech Surindo memiliki kadar air 7.90% dan kadar abu 0.73%, sedangkan kadar air batang talas 12.41% dan kadar abunya 11.94% (Lampiran 3 dan 4). Kadar air perlu diketahui untuk menentukan waktu penyimpanan suatu sampel. Jika kadar air ≥ 10%, maka bakteri mudah tumbuh (Hadi 2011). Kadar air batang talas yang lebih besar dari 10% menunjukkan bahwa contoh ini tidak dapat disimpan dalam jangka waktu yang lama. Kadar abu batang talas yang diperoleh cukup tinggi. Hal ini menunjukkan kandungan mineral yang cukup tinggi dalam batang talas.
Kondisi Adsorpsi
µg/g dengan efisiensi adsorpsinya 73.8% pada konsentrasi tertinggi, yaitu 18.2 ppm, waktu adsorspi 75 menit, dan pH 5.
Lakshmi dan Sudha (2012) melaporkan bahwa pH optimum adsorpsi Cu2+ pada adsorben kitosan/sisal/serat pisang dicapai pada pH 4, dan pada pH>4 kapasitas dan efisiensi adsorpsinya menurun. Hal ini didukung oleh Jabli et al. (2013) mengenai pengaruh pH pada kapasitas dan efisiensi adsorpsi, yaitu semakin rendah pH, protonasi semakin banyak terjadi sehingga kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi akan meningkat. Akan tetapi, setelah mencapai kondisi optimum, kelebihan protonasi akan mengakibatkan persaingan antara interaksi H+ dari larutan dengan H+ dari adsorben sehingga nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi akan menurun. Jabli et al. (2013) juga melaporkan adsorpsi Cu2+ pada adsorben selulosa-kitosan dicapai pada konsentrasi adsorbat optimum 250 mg/L, dan pada konsentrasi >250 mg/L kapasitas adsorpsi dan efisiensinya stabil. Konsentrasi adsorbat yang semakin tinggi akan memperbesar nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi sehingga mencapai kondisi jenuh, lalu nilainya akan stabil atau menurun. Penurunan nilai menunjukkan terjadi desorpsi atau pelepasan kembali adsorbat dari adsorben. Popuri et al. (2009) juga melaporkan bahwa adsorpsi optimum Cu2+ pada adsorben kitosan-polivinil klorida dicapai pada waktu 210 menit, dan menjadi stabil >210 menit. Kapasitas dan efisiensi adsorpsi akan meningkat seiring bertambahnya waktu hingga mencapai kesetimbangan. Setelah itu, penambahan waktu tidak mengubah kapasitas dan efisiensi adsorpsi secara signifikan. Sementara hasil yang ditunjukkan pada pada Lampiran 7 dan 8, terlihat bahwa konsentrasi, waktu, dan pH belum mencapai kondisi optimum. Jika konsentrasi adsorbat dinaikkan, waktu adsorpsi diperlama, dan nilai pH diturunkan, maka nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi akan stabil atau bahkan menurun.
Bobot adsorben dibuat sama, yaitu 1 g dikarenakan menurut Diapati (2009), kenaikan bobot adsorben akan menurunkan kapasitas adsorpsi, tetapi meningkatkan efisiensi adsorpsi. Hal ini terjadi karena kapasitas adsorpsi menunjukkan banyaknya adsorbat yang diadsorpsi per satuan bobot adsorben, sehingga nilainya dipengaruhi oleh bobot adsorben. Jika bobot adsorben dinaikkan, sedangkan konsentrasi adsorbat dan waktu adsorpsi tetap, peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama. Sebaliknya, efisiensi adsorpsi menyatakan banyaknya konsentrasi adsorbat yang diadsorpsi oleh adsorben, sehingga nilainya hanya ditentukan oleh perubahan konsentrasi adsorbat setelah adsorpsi. Semakin banyak adsorben yang digunakan, semakin banyak adsorbat yang diadsorpsi.
Nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi kitosan-batang talas lebih besar dibandingkan dengan kitosan pada kondisi yang sama. Hal ini menunjukkan selulosa pada batang talas dapat mempengaruhi kitosan sehingga lebih banyak terjadi interaksi ionik antara adsorben dengan adsorbat. Zat warna foron yellow sebelum dan setelah penjerapan ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Warna foron yellow sebelum adsorpsi (a); setelah diadsorpsi kitosan (b); dan setelah diadsorpsi kitosan-batang talas (c)
Isoterm Adsorpsi
Adsorpsi foron yellow oleh adsorben kitosan diduga mengikuti isoterm Freundlich karena memberikan koefisien determinasi yang cukup tinggi, yaitu sebesar 95.1%, sedangkan untuk tipe isoterm Langmuir hanya 59.3% (Gambar 5). Isoterm Freundlich hanya melibatkan gaya van der Waals sehingga ikatan antara adsorbat dan adsorben bersifat lemah. Hal ini memungkinkan adsorbat leluasa bergerak hingga akhirnya berlangsung proses adsorpsi banyak lapisan. Data untuk penentuan isoterm adsorpsi kitosan ditunjukkan pada Lampiran 9.
Isoterm adsorpsi foron yellow oleh adsorben kitosan-batang talas juga diduga mengikuti isoterm Freundlich karena memberikan koefisien determinasi yang cukup tinggi, yaitu 98.8%, sedangkan untuk tipe isoterm Langmuir hanya 71.6% (Gambar 6). Data selengkapnya ditunjukkan pada Lampiran 10. Dari persamaan garis isoterm Langmuir dan Freundlich diperoleh nilai , , n, dan k ditunjukkan pada Tabel 1.
a b c
(a)
(b)
Gambar 5 Kurva isoterm Langmuir (a) dan Freundlich (b) adsorpsi zat warna foron yellow pada adsorben kitosan
Tabel 1 Nilai n, k, , dan kedua adsorben Adsorben
Freundlich Langmuir
k n α Β
Kitosan 0.0195 0.2821 0.3414 0.1715
Kitosan-batang talas 0.0217 0.2761 0.3665 0.1859 Nilai tetapan k, α, n, β dan menggambarkan besaran nilai zat warna atau limbah yang dapat diadsorpsi pada permukaan adsorben. Nilai α menggambarkan jumlah yang diadsorpsi atau kapasitas adsorpsi untuk membentuk lapisan sempurna pada permukaan adsorben. Nilai β bertambah dengan kenaikan ukuran molekul dan menunjukkan kekuatan ikatan molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Nilai α dan β adsorben kitosan lebih kecil daripada adsorben kitosan batang-talas. Data ini sesuai dengan hasil sebelumnya, yaitu kitosan mempunyai kapasitas adsorpsi dan kekuatan ikatan antara adsorben dan adsorbat yang lebih kecil daripada kitosan-batang talas. Persamaan isoterm Freundlich menunjukkan jumlah zat warna yang diadsorpsi oleh adsorben (log x/m) berbanding terbalik dengan nilai n dan berbanding lurus dengan k. Semakin banyaknya jumlah zat warna yang diadsorpsi akan ditunjukkan dengan nilai n yang kecil dan nilai k yang besar. Oleh karena itu, nilai k kitosan-batang talas lebih besar, tetapi nilai n-nya
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000
lebih kecil dibandingkan kitosan. Nilai k menunjukkan kemampuan mengadsorpsi dan 1/n menunjukkan kebergantungan pada konsentrasi adsorbat, semakin tinggi kedua nilai ini, proses adsorpsi semakin efektif. Nilai n pada adsorben yang baik berkisar antara 0.1 dan 0.5 (Atkins 1999).
(a)
(b)
Gambar 6 Kurva isoterm Langmuir (a) dan Freundlich (b) adsorpsi zat warna foron yellow pada adsorben kitosan-batang talas
Spektrum FTIR
Interpretasi spektrum FTIR kitosan menunjukkan terdapat vibrasi regang N˗ H pada 3449 cm-1, vibrasi regang O˗ H pada 3279 cm-1, diperkuat dengan vibrasi tekuk N˗ H pada 1585 cm-1, vibrasi regang C˗ N pada 1423 cm-1, vibrasi regang C˗ O pada 1042 cm-1, dan vibrasi regang C˗ H alkana pada 2878 cm-1. Interpretasi FTIR batang talas menunjukkan vibrasi regang O˗ H pada 3260 cm-1, vibrasi regang C˗ H alkana pada 2920 cm-1, dan vibrasi regang C˗ O pada 1034 cm-1. Sementara interpretasi FTIR kitosan-batang talas menunjukkan vibrasi regang N˗ H pada 3537 cm-1, vibrasi regang O˗ H pada 3256 cm-1, vibrasi regang
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000
antara O˗ H selulosa dari batang talas dengan O˗ H dari kitosan. Spektrum tumpuk kitosan, batang talas, dan kitosan-batang talas ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Spektrum tumpuk kitosan (warna hitam), batang talas (warna hijau), dan kitosan-batang talas (warna merah)
Hasil Aplikasi pada Limbah Industri
Adsorben kitosan dan kitosan-batang talas diaplikasikan pada limbah industri dengan kondisi adsorpsi terbaik. Limbah industri terdiri atas banyak komponen zat warna yang saling berpengaruh satu sama lain sehingga konsentrasi setiap zat warna penyusun tidak dapat diketahui satu per satu, dan diukur sebagai total warna dalam limbah. Total warna yang terdapat dalam limbah dinyatakan sebagai intensitas warna dengan satuan Pt-Co.
Intensitas warna awal limbah industri adalah 27300 Pt-Co. Adsorben kitosan dapat menurunkannya menjadi 17140 Pt-Co, sedangkan adsorben kitosan-batang talas menurunkannya menjadi 17040 Pt-Co (Tabel 2 dan Gambar 8). Menurut Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No. 416/Menkes/Per/IX/1990, standar mutu warna air bersih adalah 50 Pt-Co. Efisiensi adsorpsi yang diperoleh untuk adsorben kitosan dan kitosan-batang talas berturut-turut sebesar 37.2% dan 37.6%, tetapi belum memenuhi standar mutu. Hal ini disebabkan oleh belum optimumnya kondisi adsorben yang digunakan dalam mengadsorpsi limbah serta terdapat perbedaan zat warna yang bersifat anionik dan kationik pada limbah sehingga proses adsorpsi belum berjalan optimum.
Tabel 2 Hasil pengukuran intensitas warna limbah industri
Sampel Intensitas Warna (Pt-Co) Efisiensi Adsorpsi (%)
Limbah 27300 -
Limbah+Kitosan 17140 37.2
Limbah+K-BT 17040 37.6
Gambar 8 Limbah industri sebelum penjerapan (a); setelah diadsorpsi kitosan (b); dan setelah diadsorpsi kitosan-batang talas (c)
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Kitosan dan kitosan-batang talas dapat digunakan sebagai adsorben zat warna foron yellow dengan kondisi terbaik pada waktu 75 menit, konsentrasi 18 ppm, dan pH 5. Kapasitas adsorpsi terbesar untuk kitosan dan kitosan-batang talas berturut-turut 543 µg/g dan 669 µg/g dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut 61% dan 74%. Sehingga kitosan-batang talas lebih efektif daripada kitosan dalam mengadsorpsi foron yellow. Aplikasi kitosan dan kitosan-batang talas terhadap limbah industri menunjukkan efisiensi adsorpsi berturut-turut 37% dan 38% tetapi belum memenuhi standar mutu warna air bersih menurut Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No. 416/Menkes/Per/IX/1990. Kedua adsorben diduga mengikuti tipe isoterm adsorpsi Freundlich.
Saran
Tahap selanjutnya yang perlu dilakukan adalah menentukan kondisi adsorpsi batang talas sebagai adsorben yang belum dilakukan pada penelitian ini. Rentang parameter yang digunakan seperti pH, waktu, dan konsentrasi perlu diperluas karena kondisi terbaik masih berada di ujung rentang parameter.
b c
DAFTAR PUSTAKA
[AOAC] Association of Official Analytical Chemist. 2005. Official Method of Analysis Methods. AOAC 930.15&942.15. Ed ke-2. Arlington (US): AOAC. Arifin Z, Irawan D, Rahim M, Ramantiya F. 2012. Adsorpsi zat warna direct black 38 menggunakan kitosan berbasis limbah udang Delta Mahakam. Sains dan Terapan Kim. 6(1):35-45.
Atkins PW. 1999. Kimia Fisik Jilid 1. Kartohadiprojo II, penerjemah; Rohadyan T, Hadiyana K, editor. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry.
Diapati M. 2009. Ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif cibacron red [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Florence JAK, Gomathi T, Sudha PN. 2011. Equilibrium adsorption and kinetics study of chitosan-dust kenaf fiber composite. Arch Appl Sci Res. 3(4):366-376.
Hadi R. 2011. Sosialisasi teknik pembuatan arang tempurung kelapa dengan pembakaran sistem suplai udara terkendali. Bul Teknol Pertan. 16(2):77-80. Horsfall MJr, Abia AA, Spiff Al. 2003. Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from
wastewater by cassava (Manihot esculenta Crantz) waste biomass. Afr J Biotechnol. 2:360-364.
Jabli M, Aloui F, Hassine BB. 2013. [Copper (II)/cellulose-chitosan] microspheres complex for dye immobilization: isotherm, kinetic and thermodynamic analysis. J Eng Fiber Fabr. 8:19-34.
Lakshmi B, Sudha PN. 2012. Adsorption of copper (II) ion onto chitosan/sisal/banana fiber hybrid composite. Int J Environ Sci. 3(1):453-470.
Mahatmanti FW, Sumarni W. 2003. Kajian termodinamika penyerapan zat warna indikator metil oranye (MO) dalam larutan air oleh adsorben kitosan. JSKA. 4(2):1-19.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-4. Washington (US): Thomson Learning.
Popuri SR, Vijaya Y, Boddu VM, Abburi K. 2009. Adsorptive removal of copper and nickel ions from water using chitosan coated PVC beads. Biores Technol. 194-199.
Purwaningrum W, Hariani PL, Teja KN. 2013. Adsorpsi zat warna procion merah pada limbah cair industri songket menggunakan kitin dan kitosan. Di dalam: [editor tidak diketahui]. Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung; 2013 [bulan dan tanggal tidak diketahui]; Lampung, Indonesia. Lampung (ID): hlm 423-427.
Lampiran 1 Diagram alir uji 14
Kitosan
Batang Talas
Diperoleh dari PT Biotech Surindo
- Dijemur
- Digiling 60 mesh
Serbuk Batang Talas
Campuran kitosan-batang talas
- Kadar air - Kadar abu
- Penentuan kondisi adsorpsi: waktu, konsentrasi, pH - Penentuan isoterm adsorpsi
Lampiran 2 Rancangan central composite design C (ppm) t (menit) pH
1.8 75 5
5 90 4
5 60 6
5 90 6
5 60 4
10 51 5
10 75 5
10 75 5
10 75 5
10 75 5
10 75 5
10 75 5
10 75 6.6
10 75 3.3
10 99 5
15 60 4
15 60 6
15 90 6
15 90 4
18.2 75 5
Lampiran 3 Kadar air batang talas
Ulangan Bobot Cawan Kosong (g)
Bobot Cawan + Sampel (g)
Bobot setelah dioven 6 jam (g)
Kadar Air (%)
1 42.3322 44.3771 44.1326 11.96
2 50.0185 52.0230 51.7681 12.72
3 56.5843 58.6062 58.3522 12.56
x 12.41
Kadar air (%) = x 100% dengan
a = bobot contoh dan cawan petri sebelum dikeringkan (g) b = bobot contoh dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot contoh (g)
Contoh perhitungan kadar air (%) = ( ) g x 100%
= 12.56 %
Rerata kadar air
= %
= 12.41%
Lampiran 4 Kadar abu batang talas Ulangan Bobot Cawan
Kosong (g)
Bobot Cawan
+ Sampel (g) Bobot 6 jam (g)
Kadar Abu (%)
1 25.3027 27.3150 25.5436 11.97
2 27.7448 29.7769 27.9863 11.88
3 29.3593 31.3681 29.5998 11.97
x 11.94
Kadar abu (%) = x 100% dengan
a = bobot cawan kosong sebelum diabukan (g)
b = bobot contoh + cawan kosong setelah diabukan (g) c = bobot bahan awal sebelum diabukan (g)
Contoh perhitungan kadar abu (%) = g x 100%
= 11.97 %
Rerata kadar abu
= %
= 11.94%
Lampiran 5 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan foron yellow
No. (nm) A
1 490.6 0.297
450.00 460.00 480.00 500.00 nm
Lampiran 7 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada adsorben kitosan
1 1.0705 1.84 0.0013 1.74 75 5.00 4.87 5.67 4.82 5.47
1.0170 1.84 0.0014 1.74 75 5.00 4.78 5.28
2 1.0031 5.00 0.0429 4.71 60 6.00 14.60 5.86 19.45 8.21
1.0872 5.00 0.0396 4.47 60 6.00 24.31 10.57
3 1.0032 5.00 0.0343 4.09 60 4.00 45.21 18.14 47.95 19.36
1.0148 5.00 0.0326 3.97 60 4.00 50.68 20.57
4 1.0014 5.00 0.0410 4.57 90 6.00 21.40 8.57 31.16 12.86
1.0474 5.00 0.0350 4.14 90 6.00 40.92 17.14
5 1.0872 5.00 0.0259 3.49 90 4.00 69.31 30.14 62.83 27.00
1.0584 5.00 0.0303 3.81 90 4.00 56.35 23.86
6 1.0057 10.00 0.0778 7.20 51 5.00 139.21 28.00 146.10 29.86
1.0364 10.00 0.0726 6.83 51 5.00 153.00 31.71
7 1.0085 10.00 0.0625 6.11 75 5.00 193.00 38.93 216.74 43.71
1.0084 10.00 0.0491 5.15 75 5.00 240.48 48.50
8 1.0066 10.00 0.0696 6.61 75 5.00 168.18 33.86 217.37 43.96
1.0142 10.00 0.0413 4.59 75 5.00 266.57 54.07
9 1.0015 10.00 0.0630 6.14 75 5.00 192.57 38.57 240.69 50.21
1.0709 10.00 0.0304 3.81 75 5.00 288.81 61.86
10 1.0014 10.00 0.0747 6.98 75 5.00 150.86 30.21 224.09 45.29
1.0150 10.00 0.0325 3.96 75 5.00 297.33 60.36
11 1.0029 10.00 0.0737 6.91 75 5.00 154.20 30.93 228.04 46.07
1.0139 10.00 0.0313 3.88 75 5.00 301.88 61.21
12 1.0028 10.00 0.0625 6.11 75 5.00 194.10 38.93 241.87 50.39
1.0678 10.00 0.0304 3.81 75 5.00 289.65 61.86
13 1.0093 10.00 0.0809 7.42 75 6.63 127.74 25.79 172.08 34.96
1.0198 10.00 0.0552 5.59 75 6.63 216.43 44.14
14 1.0029 10.00 0.0516 5.33 75 3.37 232.90 46.71 299.41 61.64
1.0463 10.00 0.0098 2.34 75 3.37 365.92 76.57
15 1.0052 10.00 0.0555 5.61 99 5.00 218.51 43.93 245.50 50.86
1.0603 10.00 0.0361 4.22 99 5.00 272.50 57.79
16 1.0073 15.00 0.0615 6.04 90 6.00 444.97 59.76 447.62 61.19
1.0430 15.00 0.0555 5.61 90 6.00 450.28 62.62
17 1.0014 15.00 0.0458 4.91 90 4.00 503.58 67.24 490.24 67.71
1.0724 15.00 0.0438 4.77 90 4.00 476.90 68.19
18 1.0084 15.00 0.0665 6.39 60 6.00 426.77 57.38 419.94 56.62
1.0141 15.00 0.0697 6.62 60 6.00 413.10 55.86
19 1.0034 15.00 0.0625 6.11 60 4.00 443.14 59.29 436.57 60.60
1.0797 15.00 0.0570 5.71 60 4.00 430.01 61.90
20 1.0075 18.17 0.0645 6.25 75 5.00 591.56 65.60 542.96 60.87
1.0315 18.17 0.0886 7.97 75 5.00 494.36 56.13
Contoh perhitungan : Q =
Q = x
Q = 4.87 µg/g
Efisiensi (%) = x 100 %
Efisiensi (%) = x 100 %
Efisiensi (%) = Rata-rata Q =
=
= 4.82 µg/g Rata-rata E (%) =
=
= 5.47%
Lampiran 8 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada adsorben
kitosan-1 1.0170 1.83 0.0009 1.71 75 5.00 6.04 6.71 5.69 6.32
1.0170 1.83 0.0011 1.72 75 5.00 5.34 5.93
2 1.0022 5.00 0.0419 4.64 60 6.00 18.17 7.29 84.83 34.07
1.0044 5.00 0.0044 1.96 60 6.00 151.48 60.86
3 1.0474 5.00 0.0214 3.17 60 4.00 87.29 36.57 91.71 37.64
1.0069 5.00 0.0199 3.06 60 4.00 96.12 38.71
4 1.0032 5.00 0.0343 4.09 90 6.00 45.21 18.14 93.22 37.36
1.0014 5.00 0.0074 2.17 90 6.00 141.23 56.57
5 1.0069 5.00 0.0189 2.99 90 4.00 99.67 40.14 116.12 46.64
1.0022 5.00 0.0098 2.34 90 4.00 132.57 53.14
6 1.0052 10.00 0.0410 4.57 51 5.00 270.02 54.29 291.24 58.54
1.0047 10.00 0.0291 3.72 51 5.00 312.46 62.79
7 1.0026 10.00 0.0297 3.76 75 5.00 310.98 62.36 335.00 67.43
1.0097 10.00 0.0155 2.75 75 5.00 359.02 72.50
8 1.0150 10.00 0.0325 3.96 75 5.00 297.33 60.36 353.36 71.18
1.0015 10.00 0.0022 1.80 75 5.00 409.39 82.00
9 1.0558 10.00 0.0315 3.89 75 5.00 289.22 61.07 327.72 67.29
1.0035 10.00 0.0141 2.65 75 5.00 366.22 73.50
10 1.0142 10.00 0.0223 3.24 75 5.00 333.48 67.64 357.98 72.32
1.0066 10.00 0.0092 2.30 75 5.00 382.48 77.00
11 1.0082 10.00 0.0150 2.71 75 5.00 361.32 72.86 356.33 71.64
1.0023 10.00 0.0184 2.96 75 5.00 351.33 70.43
12 1.0139 10.00 0.0123 2.52 75 5.00 368.80 74.79 373.10 75.39
1.0069 10.00 0.0106 2.40 75 5.00 377.40 76.00
13 1.0084 10.00 0.0400 4.50 75 6.63 272.71 55.00 290.48 58.50
1.0057 10.00 0.0302 3.80 75 6.63 308.24 62.00
14 1.0648 10.00 0.0044 1.96 75 3.37 377.67 80.43 391.52 80.86
1.0026 10.00 0.0032 1.87 75 3.37 405.37 81.29
15 1.0499 10.00 0.0070 2.14 99 5.00 374.19 78.57 388.65 79.71
1.0029 10.00 0.0038 1.91 99 5.00 403.12 80.86
16 1.0141 15.00 0.0438 4.77 90 6.00 504.32 68.19 577.64 77.81
1.0073 15.00 0.0034 1.89 90 6.00 650.96 87.43
17 1.0550 15.00 0.0150 2.71 90 4.00 582.26 81.90 622.60 85.33
1.0042 15.00 0.0006 1.69 90 4.00 662.93 88.76
18 1.0797 15.00 0.0400 4.50 60 6.00 486.25 70.00 518.49 72.02
1.0084 15.00 0.0315 3.89 60 6.00 550.73 74.05
19 1.0430 15.00 0.0297 3.76 60 4.00 538.62 74.90 552.81 75.38
1.0034 15.00 0.0277 3.62 60 4.00 567.00 75.86
20 1.0015 18.17 0.0516 5.33 75 5.00 641.11 70.67 669.28 73.78
1.0015 18.17 0.0358 4.20 75 5.00 697.45 76.88
Contoh perhitungan : Q =
Q = x
Q =6.04 µg/g
Efisiensi (%) = x 100 %
Efisiensi (%) = x 100 %
Efisiensi (%) = Rata-rata Q =
=
= 5.69 µg/g Rata-rata E (%) =
=
= 6.32%
Lampiran 9 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi foron yellow oleh adsorben kitosan
C (ppm)
C akhir
(ppm) m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
C x* x/m C/x/m logc logx/m
1.8 1.7050 1.0014 1.7050 0.0950 0.0949 17.9648 0.2317 -1.0227 5 3.2667 1.0086 3.2667 1.7333 1.7185 1.9009 0.5141 0.2352 10 4.6026 1.0334 4.6026 5.3974 5.2230 0.8812 0.6630 0.7179 15 5.0494 1.0607 5.0494 9.9506 9.3811 0.5383 0.7032 0.9723 18.2 7.0515 1.0110 7.0515 11.1485 11.0272 0.6395 0.8483 1.0425 *Cakhir digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan
Freundlich, nilai x = Cawal – Cakhir
Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = -2.929x + 17.08 dan R² = 0.593, maka dari persamaan = + C, diperoleh nilai = -0.3414 dan = -0.1715
Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoeh y = 3.545x – 1.71 dan R² = 0.951, maka dari persamaan Log = Log k + Log C, diperoleh nilai n = 0.2821 dan k = 0.0195
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi foron yellow oleh adsorben kitosan-batang talas
C (ppm)
C akhir
(ppm) m (g) Isoterm Langmuir
Isoterm Freundlich
C x* x/m C/x/m logc logx/m
1.8 1.6739 1.0014 1.6739 0.1261 0.1259 13.2923 0.2237 -0.8999 5 3.2340 1.0086 3.2340 1.7660 1.7509 1.8471 0.5097 0.2433 10 4.5685 1.0334 4.5685 5.4315 5.2560 0.8692 0.6598 0.7207 15 5.0148 1.0607 5.0148 9.9852 9.4138 0.5327 0.7003 0.9738 18.2 6.1417 1.0110 6.1417 12.0583 11.9271 0.5149 0.7883 1.0765 *Cakhir digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan
Freundlich, nilai x = Cawal – Cakhir
Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = y = -2.728x + 14.67 dan R² = 0.716, maka dari persamaan = + C, diperoleh nilai = -0.3665 dan = -0.1859
Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoeh y = 3.622x – 1.664 dan R² = 0.988, maka dari persamaan Log = Log k + Log C, diperoleh nilai n = 0.2761 dan k = 0.0217
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 16 Agustus 1992 dari Ayah H. Muhammad Sejati dan Ibu Hj. Ikah. Penulis merupakan putri keempat dari empat bersaudara.
Tahun 2010 penulis lulus dari SMAN 1 Cikarang Utara, Bekasi dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Massuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2013 penulis melaksanakan praktik lapangan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong dengan judul Penentuan Kadar Antinutrisi dan Aktivitas Antioksidan pada Kacang Kedelai (Glycine max (L.) Merr.) sebagai Pakan Ternak. Tahun 2014 penulis melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik, Insitut Pertanian Bogor.
