Adsorptivitas berbagai perlakuan bentonit terhadap heksaklorobenzena

(1)

ABSTRAK

ALVIN. Adsorptivitas berbagai perlakuan bentonit terhadap heksaklorobenzena

Dibimbing oleh HENNY PURWANINGSIH SUYUTI dan SRI SUGIARTI.

Dalam penelitian ini dikaji adsorptivitas bentonit terhadap senyawa

organoklorin, yaitu heksaklorobenzena. Berbagai perlakuan diberikan kepada

bentonit sebelum digunakan sebagai adsorben. Perlakuan yang diberikan adalah

perlakuan dengan asam dan pemanasan. Perlakuan yang memberikan kapasitas

adsorpsi dan efisiensi terbaik adalah perlakuan dengan menggunakan pemanasan

pada suhu 600 °C dilanjutkan dengan perlakuan asam H

2

SO

4

30%. Waktu

adsorpsi optimum diperoleh pada 6 jam dengan bobot adsorben 0.5 g. Kajian atas

model isoterm adsorpsi menunjukkan bahwa adsorpsi heksaklorobenzena

menggunakan adsorben bentonit sesuai dengan isoterm Freundlich. Pada kondisi

yang sama adsorpsi heksaklorobenzena menggunakan bentonit menunjukkan

kapasitas dan efisiensi yang lebih baik daripada arang aktif komersial.

ABSTRACT

ALVIN. Adsorptivity various bentonite treatments to hexachlorobenzene.

Supervised by HENNY PURWANINGSIH SUYUTI and SRI SUGIARTI.

(2)

PENDAHULUAN

Penggunaan senyawa kimia berbahaya dalam industri membuat lingkungan semakin tercemar. Sistem pengelolaan limbah masih banyak yang belum memberikan hasil yang baik. Oleh sebab itu, diperlukan peningkatan kualitas dan efisiensi dalam penelitian lebih lanjut mengenai penanggulangan limbah, khususnya metode adsorpsi, agar memberikan hasil yang optimum.

Pestisida merupakan senyawa yang banyak digunakan dalam industri sehingga tingkat pencemarannya cukup tinggi. Penggunaan pestisida meningkat lebih dari 50 kali lipat sejak tahun 1950, dan sekarang sekitar 2.5 juta ton pestisida digunakan setiap tahunnya. Pestisida adalah bahan yang digunakan untuk mengendalikan, menolak, memikat, atau membasmi organisme pengganggu seperti serangga, tikus, gulma, burung, mamalia, ikan, atau mikroba (Sudarmo 1987).

Pestisida yang banyak digunakan adalah senyawaan organoklorin seperti heksaklorobenzena (HCB), heksakloroetana, klorofenol, asam 2,4-diklorofenoksiasetat (2,4-D), diklorodifeniltrikloroetana (DDT), dikofol, heptaklor, endosulfan, klordan, dan mireks. Organoklorin merupakan senyawa kimia yang mengandung karbon dan klorin. Kebanyakan organoklorin berbahaya karena tidak mudah rusak sehingga dapat tinggal di lingkungan dan tubuh untuk waktu yang relatif lama. Organoklorin dapat terkonsentrasi dalam rantai makanan sehingga hewan-hewan di bagian atas rantai makanan, seperti manusia lebih merasakan akibatnya (Frahmana 2010).

Pada bulan April 2005 terjadi 39 kasus penolakan produk makanan, terutama sayur-sayuran asal Indonesia oleh FAO karena mengandung bahan berbahaya yang dilarang. Kasus tersebut meningkat dibandingkan dengan bulan Januari 2005 dengan 15 kasus penolakan. Jenis bahan berbahaya yang digunakan dan menjadi perhatian antara lain mikrob, logam berat, dan residu pestisida. Upaya meningkatkan keamanan pangan produk pertanian, khususnya sayur-sayuran, telah dilakukan antara lain melalui program pengendalian hama terpadu (PHT). Pada PHT, tidak hanya dipertimbangkan tingkat produksi yang tinggi, tetapi juga kelestarian lingkungan dan keamanan pangan. Namun, upaya tersebut belum mampu memecahkan persoalan keamanan pangan karena adanya praktik produksi yang menyimpang seperti penggunaan senyawa kimia berbahaya (Winarti dan Miskiyah 2010).

Keberadaan senyawa organoklorin dalam lingkungan sangat membahayakan. Residu organoklorin pada manusia dapat menimbul- kan keracunan akut maupun kronis, karena sifat akumulatifnya terutama dalam lemak. Pemakaian pestisida organoklorin sebetulnya telah dilarang melalui Surat Keputusan Menteri Pertanian Nomor 434.1/Kpts/TP.270/7/2001 karena sifatnya yang persisten. Namun, hal ini masih sangat sulit dilaksanakan untuk negara berkembang dan sampai saat ini masih banyak ditemukan residunya. Salah satu alternatif untuk menanggulangi penggunaan organoklorin adalah dengan pengelolaan limbahnya.

Berbagai metode telah digunakan untuk mengatasi limbah organoklorin seperti koagulasi (cara kimia), yaitu penambahan zat agar terbentuk gumpalan (flok), adsorpsi menggunakan arang aktif (cara fisika), dan menggunakan bakteri (cara biologis). Kekurangan metode koagulasi adalah pembentukan lumpur dalam jumlah besar. Metode arang aktif cukup efektif karena memiliki daya serap yang tinggi, namun dibutuhkan biaya yang mahal (Manurung et al. 2004). Penggunaan adsorben merupakan metode alternatif dalam pengolahan limbah. Penelitian mengenai adsorpsi HCB dengan variasi adsorben telah banyak dilakukan. Dibandingkan dengan arang aktif, adsorben dari mineral liat memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih baik (Krishna et al. 2001).

Dalam penelitian ini, digunakan bentonit sebagai adsorben. Adsorptivitas bentonit teraktivasi sebagai adsorben diukur terhadap organoklorin HCB. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan adsorben alternatif bagi senyawa polutan organik persisten (POP).

TINJAUAN PUSTAKA

Bentonit

(3)

PENDAHULUAN

TINJAUAN PUSTAKA

Bentonit

(4)

2 Gambar 1 Struktur bentonit (Syuhada et al.

2008).

Secara umum terdapat 2 jenis bentonit, yaitu natrium bentonit dan kalsium bentonit. Bentonit mengandung 85% montmorilonit dengan rumus kimia Al2O3∙4SiO2∙xH2O, yaitu senyawa silikat dan alumina yang mengikat air secara kimia. Kandungan lain bentonit adalah pengotor dari beberapa jenis mineral seperti kwarsa, ilit, kalsit, mika, dan klorit (Anonim 2005).

Natrium bentonit mengandung relatif lebih banyak ion Na+ dibandingkan dengan ion Ca2+ dan Mg2+. Bentonit ini dapat mengembang hingga 8−15 kali apabila dicelupkan ke dalam air dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Posisi pertukaran ion terutama ditempati oleh ion natrium. Kalsium bentonit, di sisi lain, mengandung lebih banyak ion Ca2+ dan Mg 2+, kurang menyerap air, tetapi secara alamiah atau setelah diaktifkan dengan asam, menjadi adsorben yang baik dan tetap terdispersi dalam air. Nisbah kandungan Na dan Ca pada jenis bentonit ini cukup rendah. Posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion kalsium dan magnesium. Sifat-sifat bentonit umumnya lunak, plastis, sarang, berwarna pucat (putih, hijau muda, kelabu), kemudian berubah menjadi kuning, merah cokelat, serta hitam. Permukaannya licin, jika dimasukkan ke dalam air akan mengisap air (Syuhada et al. 2008).

Pestisida Organoklorin

Pestisida digunakan untuk mengendalikan dan mencegah gangguan organisme pengganggu atau hama. Pestisida dapat digolongkan menurut jasad sasarannya

menjadi insektisida, fungisida, herbisida, rodentisida, dan nematisida. Pestisida juga dapat digolongkan menurut asal dan sifat kimia, yaitu sintetik dan alam. Pestisida sintetik berasal dari bahan anorganik dan organik. Pestisida organik meliputi organoklorin, heterosiklik, organofosfat, karbamat, dinitrofenol, tiosianat, sulfonat, dan lain-lain.

Pestisida dikatakan persisten jika dapat bertahan relatif lama pada bidang sasaran atau pada lingkungan setelah diaplikasikan. Senyawaan organoklorin tergolong sangat persisten. Senyawa ini dapat bertahan lama di lingkungan, tidak mudah disekresikan dari tubuh organisme, dan dapat berpindah dari organisme yang satu ke organisme lainnya melalui rantai makanan. Insektisida ini umumnya merupakan racun kontak dan racun perut yang efektif mengendalikan larva, nimfa, dan serangga dewasa. Organoklorin tidak mudah terurai, dan cenderung menumpuk pada jaringan lemak hewan. Insektisida organoklorin dibagi menjadi 3 golongan, yaitu DDT, senyawa siklodiena, dan terpena berklorin (Yu 2005).

Heksaklorobenzena

Heksaklorobenzena (HCB) (Gambar 2) adalah suatu padatan putih dengan kelarutan yang rendah dalam air, tetapi dapat larut dengan pelarut organik. HCB digunakan sebagian besar sebagai fungisida. Senyawa ini terbentuk sebagai hasil samping selama pembuatan bahan kimia yang mengandung klorin (Cudzilo et al. 2007). Sampai tahun 1965, HCB digunakan secara luas sebagai suatu pestisida, tetapi sekarang diketahui karsinogenik.

Gambar 2 Struktur heksaklorobenzena.

(5)

3 tahun. Jika dilepaskan ke air tanah, maka

umur paruhnya adalah 5.3−11.4 tahun. HCB merupakan buangan dalam produksi beberapa hidrokarbon berklorin seperti tetrakloroetilena, trikloroetilena, dan karbon tetraklorida, serta menjadi zat pencemar dalam beberapa pestisida seperti pentakloronitrobenzena dan pentaklorofenol. HCB stabil dan tahan terhadap biodegradasi. Ketika dipanaskan untuk pembusukan, senyawa ini memancarkan uap klorida beracun (ATDSR 2002).

Adsorpsi

Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada suatu permukaan (Atkins 1999). Adsorpsi biasanya terjadi pada dinding-dinding pori atau pada tapak tertentu dalam partikel (McCabe et al.

2001). Istilah adsorbat dan adsorben digunakan dalam adsorpsi. Adsorbat adalah zat yang terjerap atau yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorben adalah medium penjerap.

Dalam proses adsorpsi, molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan adsorben. Proses ini terbagi menjadi 4 tahap, yaitu transfer molekul-molekul zat terlarut yang teradsorpsi menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben, difusi zat terlarut yang teradsorpsi melalui lapisan film (film diffusion process) tersebut, difusi zat terlarut yang teradsopsi melalui kapiler/pori dalam adsorben (pore diffusion process), dan adsorpsi zat terlarut yang teradsorpsi pada dinding pori atau permukaan adsorben.

Mekanisme adsorpsi dapat dibedakan menjadi 2, yaitu adsorpsi secara fisika (fisisorpsi) dan secara kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi, adsorbat diikat oleh adsorben dengan gaya-gaya van der Waals, sedangkan pada proses kemisorpsi, interaksi adsorbat dengan adsorben terjadi melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi diawali dengan fisisorpsi, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau ikatan hidrogen. Kemisorpsi baru terjadi setelah itu (Atkins 1999).

Pemilihan adsorben memengaruhi proses adsorpsi. Faktor yang berpengaruh meliputi luas permukaan adsorben, ukuran partikel, waktu kontak, dan distribusi ukuran pori. Kebanyakan adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau

tapak-tapak tertentu di dalam partikel tersebut. Pemisahan dapat terjadi karena perbedaan bobot molekul atau polaritas yang menyebabkan suatu molekul melekat pada permukaan lebih erat daripada molekul-molekul lainnya (Alberty dan Silbey 1992).

Adsorpsi juga dipengaruhi oleh sifat fisika dan kimia adsorbat, seperti ukuran molekul, polaritas molekul, komposisi kimia, konsentrasi adsorbat dalam fase cair, dan sifat fase cair, serta oleh lamanya proses adsorpsi (Bird 1993). Semakin kecil ukuran partikel, semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi (Atkins 1999). Adsorben yang baik memiliki kapasitas adsorpsi dan persentase efisiensi adsorpsi yang tinggi. Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus

Q = V(Co –C)/m

Efisiensi adsorpsi dapat dihitung dengan mengunakan rumus

Efisiensi adsorpsi (%) = ((Co –C)/Co) × 100% Keterangan:

Q = kapasitas adsorpsi (mg/g)

V = volume larutan (L)

Co = konsentrasi awal (mg/L)

C = konsentrasi akhir (mg/L)

m = massa (g)

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi adsorbat dalam fluida dan pada permukaan adsorben, pada suhu tetap. Kesetimbangan terjadi saat laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya. Dalam istilah termodinamika, ini berarti potensial kimia antara adsorbat di fase fluida dan yang terikat di adsorben telah sama besar. Kesetimbangan mungkin, tetapi tidak harus, terjadi saat adsorben mencapai kapasitas adsorpsi.

(6)

4

Isoterm Adsorpsi Langmuir

Isoterm Langmuir berlangsung secara kemisorpsi satu lapisan. Kemisorpsi adalah adsorpsi yang terjadi melalui ikatan kimia sangat kuat antara tapak aktif permukaan dan molekul adsorbat dan dipengaruhi oleh densitas elektron. Adsorpsi satu lapisan, biasanya bersifat spesifik. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoretis dengan menganggap terjadi kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dan yang tidak teradsorpsi sebagai berikut:

x/m = αβ/(1+βC)

Tetapan α dan β dapat ditemukan dari kurva hubungan C/(x/m) terhadap C dengan persamaan

C/(x/m) = 1/(αβ) + C/α Keterangan:

x/m = massa adsorbat yang teradsorpsi per g adsorben

C = konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)

α,β = tetapan empiris

Isoterm Adsorpsi Freundlich

Isoterm Freundlich terjadi secara fisisorpsi banyak lapisan. Fisisorpsi adalah adsorpsi yang hanya melibatkan gaya antarmolekul dan ikatannya lemah. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan tunggal molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun, tapak-tapak aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Menurut Atkins (1999), isoterm Freundlich diterapkan pada proses adsorpsi zat terlarut ke permukaan padatan. Persamaan diturunkan secara empiris dengan bentuk sebagai berikut:

x/m = kC1/n

Apabila dilogaritmakan, persamaan tersebut menjadi

log(x/m) = log k + (log C)/n

Keterangan:

x/m = massa adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben

k,n = tetapan empiris

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas peralatan kaca, sudip, cawan porselen, oven, neraca analitik, tanur,

desikator, pengaduk magnetik, kertas saring, mortar, ayakan, dan spektrofotometer UV-Visible Shimadzu tipe 1700. Bahan-bahan yang digunakan adalah bentonit dari PT. Sud Chemie, Jawa Barat, HCB, heksana, asam sulfat pekat (98%), padatan barium klorida, dan air distilasi.

Metode

Penelitian terdiri atas 5 tahapan (Lampiran 1), meliputi preparasi bentonit dan larutan HCB (pembuatan standar) (Lampiran 2), aktivasi bentonit, penentuan kondisi optimum dari berbagai perlakuan bentonit, penentuan waktu kontak optimum dan bobot adsorben optimum, serta penentuan tipe isoterm adsorpsi HCB.

Perlakuan Awal Bentonit

Bentonit yang masih dalam bentuk bongkahan dihancurkan hingga halus kemudian diayak (200 mesh) sehingga didapat serbuk bentonit. Serbuk bentonit dicuci dengan air distilasi dan dikeringkan pada suhu 105 °C selama 3 jam di dalam oven.

Preparasi Larutan HCB (Kommalapati 1997)

Sebanyak 0.05 g HCB dilarutkan dengan heksana dan ditera dalam labu takar 50 mL (larutan stok 1000 ppm). Dari larutan stok diambil masing-masing 1 mL (20 ppm), 2 mL (40 ppm), 3 mL (60 ppm), 4 mL (80 ppm), dan 5 mL (100 ppm) kemudian masing-masing ditera dalam labu takar 50 mL. Absorbans maksimum diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum, yaitu 251 nm. Dari tahap ini didapat standar untuk penentuan konsentrasi selanjutnya.

Aktivasi Bentonit

Cara Pemanasan.Sebanyak 20 g bentonit dimasukkan ke dalam cawan porselen lalu dikalsinasi dalam tanur pada suhu 600 °C selama 3 jam. Bentonit disimpan dalam desikator untuk digunakan pada tahap selanjutnya.

(7)

4

Isoterm Adsorpsi Langmuir

x/m = αβ/(1+βC)

Isoterm Adsorpsi Freundlich

x/m = kC1/n

Keterangan:

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Metode

Penelitian terdiri atas 5 tahapan (Lampiran 1), meliputi preparasi bentonit dan larutan HCB (pembuatan standar) (Lampiran 2), aktivasi bentonit, penentuan kondisi optimum dari berbagai perlakuan bentonit, penentuan waktu kontak optimum dan bobot adsorben optimum, serta penentuan tipe isoterm adsorpsi HCB.

Perlakuan Awal Bentonit

Bentonit yang masih dalam bentuk bongkahan dihancurkan hingga halus kemudian diayak (200 mesh) sehingga didapat serbuk bentonit. Serbuk bentonit dicuci dengan air distilasi dan dikeringkan pada suhu 105 °C selama 3 jam di dalam oven.

Preparasi Larutan HCB (Kommalapati 1997)

Sebanyak 0.05 g HCB dilarutkan dengan heksana dan ditera dalam labu takar 50 mL (larutan stok 1000 ppm). Dari larutan stok diambil masing-masing 1 mL (20 ppm), 2 mL (40 ppm), 3 mL (60 ppm), 4 mL (80 ppm), dan 5 mL (100 ppm) kemudian masing-masing ditera dalam labu takar 50 mL. Absorbans maksimum diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum, yaitu 251 nm. Dari tahap ini didapat standar untuk penentuan konsentrasi selanjutnya.

Aktivasi Bentonit

Cara Pemanasan.Sebanyak 20 g bentonit dimasukkan ke dalam cawan porselen lalu dikalsinasi dalam tanur pada suhu 600 °C selama 3 jam. Bentonit disimpan dalam desikator untuk digunakan pada tahap selanjutnya.

(8)

5 direfluks selama 2 jam. Setelah didinginkan,

campuran disaring dengan vakum sehingga dihasilkan residu padat. Residu berulang kali dicuci dengan air distilasi sampai bebas ion SO42- dengan mendeteksi filtratnya dengan larutan barium klorida. Terakhir residu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C selama 3 jam.

Dari tahap ini didapat 11 perlakuan berbeda, yaitu

A. Aktivasi dengan asam sulfat 10% selama 2 jam tanpa pemanasan

B. Aktivasi dengan asam sulfat 10% selama 4 jam tanpa pemanasan

C. Aktivasi dengan asam sulfat 10% selama 6 jam tanpa pemanasan

D. Aktivasi dengan asam sulfat 20% selama 2 jam tanpa pemanasan

E. Aktivasi dengan asam sulfat 20% selama 4 jam tanpa pemanasan

F. Aktivasi dengan asam sulfat 20% selama 6 jam tanpa pemanasan

G. Aktivasi dengan asam sulfat 30% selama 2 jam tanpa pemanasan

H. Aktivasi dengan asam sulfat 30% selama 4 jam tanpa pemanasan

I. Aktivasi dengan asam sulfat 30% selama 6 jam tanpa pemanasan

J. Dipanaskan dengan suhu 600 °C

K. Dipanaskan dengan suhu 600 °C dilanjutkan aktivasi dengan asam sulfat 30% selama 2 jam

Penentuan Perlakuan Optimum

Dari larutan stok HCB 1000 ppm, diambil sebanyak 3 mL (60 ppm) kemudian ditera dalam labu takar 50 mL menggunakan heksana. Larutan diukur absorbansnya menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 251 nm sebagai absorbans awal. Masing-masing bentonit dengan perlakuan berbeda ditimbang sebanyak 0.5 g, lalu dimasukkan ke dalam botol kecil. Larutan yang telah dibuat dimasukkan ke dalamnya lalu dikocok selama 6 jam. Campuran lalu didekantasi, larutan jernihnya diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 251 nm sebagai absorbans akhir. Dari tahap ini didapat satu perlakuan optimum yang memiliki kapasitas adsorpsi terbesar.

Penentuan Waktu Optimum Adsorpsi

Sebanyak 0.5 g bentonit K (perlakuan optimum) dimasukkan ke dalam 50 mL larutan HCB 60 ppm, kemudian dikocok dengan variasi waktu adsorpsi 2, 4, 6, dan 8 jam. Setelah itu, campuran didekantasi dan

larutan jernihnya diukur pada panjang gelombang 251 nm.

Penentuan Bobot Optimum Bentonit

Variasi bobot yang digunakan adalah 0.25, 0.5, 1.0, dan 2.0 g. Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 mL larutan HCB 60 ppm, kemudian dikocok selama waktu optimum. Setelah itu, campuran didekantasi dan larutan jernihnya diukur pada panjang gelombang 251 nm.

Penentuan Isoterm Adsorpsi HCB (Sennour et al. 2008)

Sebanyak 0.5 g bentonit K ditambahkan dengan 50 mL larutan HCB pada berbagai konsentrasi, yaitu 20, 40, 60, 80, dan 100 ppm. Kemudian campuran dikocok selama 6 jam. Setelah itu, campuran didekantasi dan larutan jernihnya diukur pada panjang gelombang 251 nm. Dengan membuat pola regresi linear isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich, tipe isoterm adsorpsi dapat ditentukan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bentonit yang digunakan diberi berbagai perlakuan berbeda, yaitu diaktivasi dengan asam (H2SO4) dengan variasi konsentrasi dan waktu, perlakuan suhu tinggi (600 °C), dan perlakuan gabungan dari keduanya. Penghalusan bentonit pada perlakuan awal bertujuan memperluas permukaan adsorben sehingga diharapkan akan lebih banyak adsorbat yang terjerap. Pencucian bentonit menggunakan air distilasi bertujuan agar bentonit bebas dari kotoran khususnya pada permukaan adsorben bersih sehingga tidak ada ion-ion pengganggu dalam proses adsorpsi.

(9)