SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG
RAJUNGAN (
Portunus pelagicus
) SEBAGAI PENYERAP
ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN
NATRIUM SILIKAT
PIPIT PITRIANI
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG
RAJUNGAN (
Portunus pelagicus
) SEBAGAI PENYERAP
ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN
NATRIUM SILIKAT
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG
RAJUNGAN (
Portunus pelagicus
) SEBAGAI PENYERAP
ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN
NATRIUM SILIKAT
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains Program studi kimia
Fakultas sains dan teknologi
Universitas islam negeri syarif hidayatullah Jakarta
Oleh: PIPIT PITRIANI
106096003242
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Florentinus Firdiyono Hendrawati M.Si NIP: 195602141982021001 NIP: 19720815 200312 2 001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Kimia
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul “Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Penyerap Ion Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat” yang ditulis oleh Pipit Pitriani, NIM 106096003242 telah diuji dan dinyatakan LULUS dalam sidang Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Kamis, tanggal 9 Desember 2010. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Kimia.
Menyetujui,
Penguji I Penguji II
Dr. Thamzil LAS Drs. Dede Sukandar M.Si NIP. 19490516 197703 1 001 NIP. 19650104 199103 1 001
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Florentinus Firdiyono Hendrawati M.Si NIP: 195602141982021001 NIP: 19720815 200312 2 001
Mengetahui,
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Kimia
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH
HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta, Desember 2010
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Dengan mengucapkan syukur kehadirat Allah SWT, atas berkat, irodat dan rahmat-Nya akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul:
“Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) sebagai Penyerap Ion Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat”.
Dalam menyusun skripsi ini, penulis tidak dapat melupakan jasa-jasa dari berbagai pihak yang telah meluangkan waktunya yang sangat berharga untuk memberikan petunjuk, bimbingan serta nasihat-nasihat yang sangat berguna bagi
penulis, maka dengan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan fakultas Sains dan
Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Ibu Sri Yadial Chalid M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Ibu Hendrawati M.Si dan Bapak Dr. Ir. Florentinus Firdiyono selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan arahan dan bimbingannya dalam
menyusun skripsi ini.
4. Ibu Murni Handayani S.Si yang banyak membantu dan memberikan bimbingan serta membagi pengetahuannya selama penelitian di LIPI.
6. Kepala dan para karyawan Laboratorium Metalurgi - LIPI yang telah memberikan segala fasilitasnya untuk melakukan penelitian ditempat ini. 7. Dosen-dosen program studi kimia yang telah banyak memberikan ilmunya.
8. Deny Sudrajat, ayangku yang telah memberikan bantuan, perhatian, semangat dan dukungan serta doanya.
9. Afit dan Qosim sebagai teman seperjuangan selama penelitian ini telah memberikan banyak bantuan, dorongan, dan semangatnya.
10.Indra Rani, teman yang selalu bisa bekerja sama dengan baik, bimbingan
bersama, berbagi cerita dan pengatur konsumsi terbaik 06.
11.Ami, dede dan teman-teman seperjuangan lainnya yang tidak disebutkan
namanya, telah banyak- banyak membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna bagi semua pihak, khususnya bagi penulis sendiri dan umumnya bagi seluruh umat manusia yang
senantiasa cinta dan peduli terhadap ilmu pengetahuan.
Wassalamu’alaikum wr. wb.
Jakarta, Desember 2010
Penulis,
DAFTAR ISI
Hal
KATA PENGANTAR ………. vi
DAFTAR ISI ……… viii
DAFTAR GAMBAR ……….. xi
DAFTAR TABEL ………... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ……… xiv
ABSTRAK ……… xv
ABSTRACT ………. xvi
BAB I PENDAHULUAN ……… 1
1.1. Latar Belakang ……… 1
1.2. Perumusan Masalah ……… 3
1.3. Tujuan Penelitian ……… 4
1.4. Manfaat Penelitian ………. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……… 5
2.1. Pasir Kuarsa (Silika) ……….. 5
2.2. Rajungan (Portunus pelagicus) ……….. 9
2.3. Kitosan ……… 10
2.4. Adsorpsi ………. 14
2.5. Isoterm Adsorpsi ……… 16
2.4.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir ……….. 17
2.4.2. Isoterm Adsorpsi Freundlich ……… 17
2.6. Logam Pengotor ……….... 19
2.6.1. Besi (Fe) ……… 19
2.7. Spektroskopi Infra Merah (Fourier Transform Infra Red/FTIR) ……... 23
2.7.1. Jenis Daerah Infra Red (IR) ………. 23
2.7.2. Jenis Vibrasi Molekul ……… 25
2.7.3. Daerah Spektrum Infra Red (IR) ……….. 26
2.7.4. Prinsip Kerja Alat FTIR ……… 27
2.7.5. Keunggulan FTIR ……… 28
2.8. Spektroskopi Serapan Atom (Atomic Adsorption Spectroscopy/AAS) .. 28
2.8.1. Prinsip Kerja AAS ………...………. 29
2.8.2. Komponen-komponen AAS ………. 30
2.8.3. Preparasi Sampel ……….. 31
2.8.4. Keuntungan AAS ………. 32
2.9. Scanning Electron Microscope (SEM) ……….. 32
BAB III METODE PENELITIAN ……… 34
3.1. Waktu dan Tempat ………. 34
3.2. Bahan dan Alat ……….. 34
3.2.1. Bahan ……… 34
3.2.2. Alat ………... 34
3.3. Metode Kerja ……….. 35
3.3.1. Persiapan Awal Roasting Pasir Kuarsa ……… 35
3.3.2. Pembuatan Larutan Natrium Silikat ………. 35
3.3.3. Persiapan Awal Pembuatan Kitosan ……… 36
3.3.4. Analisis FTIR ……….. 36
3.3.5. Analisis SEM ……… 37
3.3.6. Proses Adsorpsi dengan Metode Batch ……… 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……… 41
4.2. Isolasi Kitin dan Transformasi Kitosan ………. 42
4.3. Pengaruh variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn.. 49
4.4. Pengaruh variasi waktu terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn ……… 50
4.5. Pengaruh Konsentrasi Asam terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn … 52 4.6. Pengaruh variasi suhu terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn ………... 54
4.7. Perbandingan kitosan sintesis dengan Produk BATAN ………. 55
4.8. Isoterm Adsorpsi ……… 56
4.9. Kemurnian Natrium Silikat ………. 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ……….. 60
5.1. Kesimpulan ……… 60
5.2. Saran ………... 61
DAFTAR PUSTAKA ………. 62
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 1. Pasir kuarsa ……… 5
Gambar 2. Rajungan ………. 9
Gambar 3. Struktur kitin dan kitosan ……….. 11
Gambar 4. Struktur senyawa kompleks kitosan dengan Fe2+ ..……….. 13
Gambar 5. Isoterm adsorpsi Langmuir ………. 17
Gambar 6. Isoterm adsorpsi Freundlich ………... 18
Gambar 7. Vibrasi regangan ……… 25
Gambar 8. Vibrasi bengkokan ……….. 26
Gambar 9. Diagram alir FTIR ……….. 27
Gambar 10. Diagram alir AAS ………. 31
Gambar 11. Diagram alir SEM ……… 33
Gambar 12. Bagan alir kerja penelitian ……….. 40
Gambar 13. Hasil analisa pasir kuarsa ……… 41
Gambar 14. Reaksi kitin menjadi kitosan ……… 45
Gambar 15. Spektrum FTIR bahan dasar cangkang rajungan ………. 46
Gambar 16. Spektrum FTIR kitosan ……… 47
Gambar 17. Spektrum FTIR kitin standar produksi Wako, Jepang ………. 48
Gambar 18. Variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ……… 49
Gambar 19. Variasi waktu terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ………... 51
Gambar 20. Variasi konsentrasi asam terhadap adsorpsi ion Fe & Mn …… 52
Gambar 21. Variasi suhu terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ……… 54
Gambar 22. Diagram perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan BATAN 55 Gambar 23. (a) grafik isoterm Langmuir adsorpsi ion Fe ………... 56
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1. Kualitas standar kitosan ……….. 13
Tabel 2. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia ……… 16
Tabel 3. Komposisi persentase rata-rata batuan pasir ……….. 19
Tabel 4. Daerah panjang gelombang ……… 24
Tabel 5. Daerah spektrum infra red serta jenis vibrasinya ……… 26
Tabel 6. Pengotor pada pasir kuarsa ……… 42
DAFTAR LAMPIRAN
Hal Lampiran 1. Bagan Kerja Pembuatan Kitosan ……….. 66 Lampiran 2. Bagan Kerja Pembuatan Natrium Silikat ……….. 67
Lampiran 3. Rendemen, Derajat Deasetilasi, dan Tekstur Kitosan ………... 68 Lampiran 4. Kurva Standar Logam Fe dan Mn ………... 70 Lampiran 5. Data Adsorpsi Logam Fe dan Mn ………. 71
Lampiran 6. Data Adsorpsi Logam dengan Persamaan Isoterm …………... 76 Lampiran 7. Foto-foto Hasil Penelitian ………. 78
ABSTRAK
PIPIT PITRIANI. Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Penyerap Ion Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat. Dibawah bimbingan Dr. Ir. Florentinus Firdiyono dan Hendrawati M.Si.
Kitosan dari cangkang rajungan (Portunus pelagicus) dapat digunakan untuk menurunkan kadar ion logam Fe dan Mn dalam sampel natrium silikat dengan proses adsorpsi. Percobaan ini dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan metode batch. Penentuan kondisi optimum meliputi massa adsorben, waktu kontak, pH, dan suhu. Karakterisasi kitosan dilakukan dengan menggunakan FTIR, sedangkan hasil adsorpsi ion logam dalam natrium silikat dianalisis dengan AAS. Hasil transformasi kitin menjadi kitosan diperoleh derajat deasetilasi 75,99%. Massa kitosan terbaik 0,5 gram dengan persentase adsorpsi Fe 59,09% dan Mn 51,69%. Waktu kontak terbaik 30 menit dengan persentase adsorpsi Fe 72,07% dan Mn 52,50%. pH optimum yaitu pH 3 dengan persentase adsorpsi Fe 77,68% dan Mn 58,67%. Suhu optimum 70oC untuk Fe dengan persentase adsorpsi 85,39% dan suhu optimum 60oC untuk Mn dengan persentase adsorpsi 65,72%. Adsorpsi ion logam Fe dan Mn pada natrium silikat berlangsung secara kimia maupun fisika, akan tetapi lebih dominan secara kimia dengan nilai linearitas 99,9% (R2= 0,999).
ABSTRACT
PIPIT PITRIANI. Synthesis and Application of Chitosan from Crab Shell (Portunus pelagicus) as Adsorber for Metal Ion Fe and Mn for Sodium Silicate Purification. Supervised by Dr. Ir. Florentinus Firdiyono dan Hendrawati M.Si.
Chitosan made of the crab shell (Portunus pelagicus) can be used to reduce the level of metal Fe and Mn ions in sodium silicate sample by adsorption process. The experiment was conducted for laboratory scale using batch method. Determination for optimum conditions pervades variance of adsorbent mass, time contact, pH, and temperature. Characterization of chitosan performed by FTIR, and the adsorption of metal ions in sodium silicate was analyzed by AAS.the transformation from chitin into chitosan obtained deacetylation degree of 75,99%. The best mass of chitosan is 0.5 grams, it gives percentage adsorption for 59,09 % of Fe and 51,69 % of Mn. The best contact time is 30 minutes, it gives 72,07 % for Fe and 52,5 % for Mn. Optimum pH is pH 3 which gives percentage adsorption for 77,68% of Fe and 58,67% of Mn. The best temperature is 70oC for Fe gives 85,39% and is 60oC for Mn gives 65,72%. Adsorption of metal ions of Fe and Mn by sodium silicate occur by chemical and physical process, but dominantly for chemically with value of linearity 99,9% given (R2= 0,999).
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya
cadangan minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Negara-negara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan
teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi. Dalam upaya pencarian sumber energi baru harus memenuhi syarat-syarat
yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut diarahkan pada pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak
langsung dengan menggunakan panel sel surya yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik yang dinamakan solar cell (Sinamo, 2007).
Sel surya terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Bahan silikon terdapat banyak di bumi. Ia merupakan unsur kedua terbanyak di kulit bumi setelah
oksigen. Terdapat di alam dalam bentuk pasir silika atau yang dikenal juga dengan quartz dengan rumus kimia SiO2. Silikon yang digunakan untuk sel surya
membutuhkan kemurnian yang sangat tinggi diatas 99,99%. Di dunia semikonduktor, dikenal dengan “eleven-nine” atau 11 angka 9 yang menyatakan kadar kemurnian silikon dalam persen; 99,999999999% (Adhi, 2008). Silikon
silikon di bawah nilai nominal tersebut, dapat dijamin bahwa sebuah prosesor atau memori komputer atau sel surya tidak dapat berjalan dengan baik (Adhi, 2008).
Di Indonesia penambangan pasir silika ini dilakukan di Kalimantan
Tengah dan Jawa Tengah. Di pesisir pantai selatan Jawa juga diyakini memiliki kandungan pasir silika. Silikon yang dipakai untuk keperluan semikonduktor dan
sel surya diambil dari hasil pemisahan Si dan O. Saat ini, penghasil silikon terbesar di dunia ialah Cina, Amerika, Brazil, Norwegia dan Prancis. Cadangan sumber daya silika dan kebutuhan tenaga listrik yang cukup besar menjadi alasan
mengapa negara-negara di atas memimpin dalam menghasilkan silikon (Guntoro, 2008).
Pasir kuarsa dari Indonesia mengandung pengotor unsur Al, Fe, Ca, Mg, Ti dan lain-lain yang membentuk ikatan kompleks dengan senyawa SiO2. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memurnikan silika dari pasir kuarsa agar
terbebas dari pengotor, yaitu dengan memanfaatkan limbah rajungan sebagai adsorpsi melalui proses pengubahan cangkang rajungan menjadi kitin dan kitosan.
Menurut Rochima (2008), salah satu alternatif upaya pemanfaatan limbah cangkang rajungan agar memiliki nilai dan daya guna limbah cangkang rajungan menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi adalah pengolahan menjadi kitin
dan kitosan.
Wilayah perairan Indonesia merupakan sumber cangkang hewan
invertebrate laut berkulit keras (Crustacea) yang mengandung kitin secara
berlimpah. Kitin yang terkandung dalam Crustacea berada dalam kadar yang cukup tinggi berkisar 20-60% tergantung spesiesnya. Limbah berkitin di
Keberadaan gugus amida dalam kitin dan gugus amina dalam kitosan telah menjadikan kitin dan kitosan sebagai adsorben yang mampu mengikat logam berat seperti Cd, Cu, Pb, Fe, Mn dan lainnya. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa kitosan dapat mengikat logam berat 4 sampai 5 kali lebih besar adsorpsinya dari kitin (Kusumawati, 2009). Hal ini terkait dengan adanya gugus
amina terbuka sepanjang rantai kitosan sehingga kitosan lebih mudah berinteraksi dengan larutan berpelarut air (lebih hidrofilik) dari pada kitin (Herwanto dan Santoso, 2006).
Penelitian ini dilakukan untuk menghilangkan logam-logam pengotor yang terdapat pada pasir kuarsa dengan metode adsorpsi menggunakan kitosan dari
cangkang rajungan serta analisis penyerapan ion logam pengotor menggunakan AAS (Atomic Adsorption Spectroscopy), agar diperoleh silika dari pasir kuarsa yang mempunyai kemurnian yang sangat tinggi untuk keperluan pembuatan sel
surya.
1.2. Perumusan Masalah
1. Bagaimana proses pembuatan kitosan dari limbah cangkang rajungan? 2. Bagaimana terjadinya proses adsorpsi ion logam Fe dan Mn oleh kitosan?
3. Bagaimana pengaruh variasi beberapa parameter (massa kitosan, waktu, pH, dan suhu) terhadap kemampuan adsorpsi ion logam Fe dan Mn oleh
1.3.Tujuan Penelitian
1. Mengetahui proses pembuatan kitosan dari limbah rajungan dan menghasilkan derajat deasetilasi kitosan yang optimum.
2. Mengetahui proses adsorpsi yang terjadi pada ion logam Fe dan Mn oleh kitosan.
3. Mengetahui kondisi optimum (massa kitosan, waktu, pH dan suhu) dari kitosan dalam menyerap ion logam Fe dan Mn.
1.4. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai cara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pasir Kuarsa (Silika)
Pasir kuarsa merupakan bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika
(SiO2) dan mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan bijih
batuan. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut (Kimung, 2008.).
Gambar 1. Pasir kuarsa
Butirannya secara khas di semen bersama-sama oleh tanah kerikil atau kalsit untuk membentuk batu pasir tersebut. Batu pasir paling umum terdiri atas butir kuarsa sebab kuarsa adalah suatu mineral yang umum yang bersifat
menentang laju arus. Batu pasir dapat memiliki berbagai jenis warna, dengan warna umum adalah coklat muda, coklat, kuning, merah, abu-abu dan putih.
Karena lapisan batu pasir sering kali membentuk karang atau bentukan topografis tinggi lainnya, warna tertentu batu pasir dapat diidentikkan dengan daerah tertentu. Sebagai contoh, sebagian besar wilayah di bagian barat Amerika Serikat
Sifat kimia batu pasir diantaranya konstitusi kimia dari batu pasir adalah sama dengan pasir, batu dengan demikian pada dasarnya terdiri dari kuarsa. Bahan penyemenan alam yang mengikat pasir bersama sebagai batu biasanya
terdiri dari silika, kalsium karbonat, atau oksida besi. Persentase masing-masing unsur adalah sebagai berikut:
¾ SiO2 93-94%
¾ Besi (Fe2O3) 1,5% -1,6%
¾ Alumina (Al2O3) 1,4 1,5%
¾ Soda (Na2O) & Potash (K2O) 1,0% menjadi 1,2%
¾ Kapur (CaO) 0,8% menjadi 0,9% ¾ Magnesia (MgO) 0,2-0,25%
¾ Lost of Ignition (LOI) 1,0% menjadi 1,2%
¾ Sangat tahan terhadap asam, alkali dan dampak termal.
Karakteristik Batu pasir diantaranya: • Warna
Warna bervariasi dari merah, hijau, kuning, abu-abu dan putih. Variasi tersebut adalah hasil dari materi yang mengikat dan persentase konstituen. • Penyerapan Air
Kapasitas penyerapan air tidak lebih dari 1,0% • Kekerasan
Terletak antara 6 sampai 7 pada Skala Moh's Kepadatan 2,32-2,42 kg/m3 • Porositas
Porositas bervariasi dari rendah sampai sangat rendah. • Kekuatan tekan
Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat padat yang mempunyai titik didih tinggi (2355oC), keras, yang setiap kepingnya merupakan suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat.
Sebuah contoh dari zat padat demikian, adalah silikon dioksida, yang terdapat dialam dalam bentuk kuarsa, aqata (akik), pasir, dan seterusnya (Rohayati, 2009).
Batu pasir merupakan jenis batuan sedimen klastik. Batuan sedimen klastik merupakan batuan sedimen yang terbentuk oleh proses pembentukan kembali segala macam sumber batuan pada kondisi tekanan (P) dan temperatur
(T) normal di permukaan bumi. Proses pembentukan batuan sedimen klastika ini secara alami dapat dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu:
1. Proses pelapukan baik mekanis (proses penghancuran batuan secara desintegratif) maupun secara kimiawi (dekomposisi).
2. Proses erosi dan transportasi atau pengangkutan material sedimentasi dari
sumbernya melalui beberapa media, yaitu berupa air, angin, ataupun es. 3. Proses pengendapan, yang merupakan tahap terakhir dari perjalanan
material yang terangkut dari hasil pengangkutan batuan asal yang dikenal juga dengan bahan-bahan allogenik (Anonim, 2008).
Di Indonesia, khususnya Sumatera Utara keadaan industri pertambangan
bahan galian alam seperti pasir kuarsa belum berkembang pesat, salah satu penyebabnya karena pemakaian bahan galian tersebut belum optimum. Endapan
pasir kuarsa banyak tersebar di beberapa tempat di Indonesia dan beberapa tempat di Sumatera Utara yaitu sepanjang pantai Kabupaten Asahan (Asmuni, 2008).
Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3,
lebur 1715oC, bentuk kristal hexagonal, panas spesifik 0,185, dan konduktivitas panas 12–100oC (Kimung, 2008).
Pada umumnya hasil tambang berupa mineral industri seperti batu
gamping, tanah liat dan pasir kuarsa memiliki kualitas yang rendah, disebabkan banyaknya bahan pengotor yang mencampuri mineral tersebut. Bahan pengotor
ini dapat terjadi karena adanya proses sedimentasi endapan lumpur yang mungkin bercampur dengan mineral tersebut. Pasir kuarsa merupakan salah satu mineral industri yang mempunyai banyak pengotor terutama unsur besinya (Sulistiyono,
2005).
Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang
meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan ikutan. Sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide bahan abrasit (ampelas
dan sand blasting) dan sekarang dipakai untuk bahan baku pembuatan sel surya
dengan cara memurnikan SiO2 yang terdapat pada pasir kuarsa. Sedangkan
sebagai bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya (Kimung, 2008).
Pasir kuarsa (silika) dapat dibentuk menjadi kaca natrium silikat dengan
menambahkan natrium karbonat anhidrat pada suhu yang tinggi. SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2
2.2. Rajungan (Portunus pelagicus)
Jika dilihat dari morfologinya, rajungan termasuk hewan dasar laut/bentos yang umumnya berenang ke permukaan pada malam hari untuk mencari makan.
Rajungan hidup di daerah pantai berpasir lumpur dan di perairan depan hutan mangrove. Rajungan biasanya hidup dengan membenamkan tubuhnya ke dalam
pasir. Rajungan jantan berwarna dasar biru dengan bercak-bercak putih terang, sedangkan rajungan betina berwarna dasar hijau kotor dengan bercak-bercak putih kotor (Ermawati dkk., 2009).
Gambar 2. Rajungan (Portunus pelagicus)
Taksonomi dari rajungan dapat dilihat sebagai berikut: Bangsa : Arthropoda
Kelas : Crustacea Sub Kelas : Malacostraca Super Ordo : Eucarida Ordo : Decapoda Famili : Portunidae Marga : Portunus
Jenis : Portunus pelagicus (Ermawati dkk., 2009).
Limbah rajungan biasanya dibuang begitu saja. Limbah industri
pengalengan rajungan (Portunus pelagicus) adalah berupa cangkang dan kaki rajungan yang mencapai 75% - 85%, dapat diolah menjadi kitin dan kitosan dengan rentang pemanfaatan yang luas, yaitu dapat diaplikasikan pada bidang
Selain itu juga, kitosan dari limbah cangkang rajungan dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, salah satunya yang sedang marak diteliti saat ini adalah pemanfaatan kitosan sebagai penyerap (adsorben) logam berat pada air limbah.
Kitosan dapat berfungsi sebagai adsorben terhadap logam dalam air limbah karena kitosan mempunyai gugus amino (NH2) dan gugus hidroksil (OH) bebas yang
berfungsi sebagai situs chelation (situs ikatan koordinasi) dengan ion logam guna membentuk chelate (Ermawati dkk., 2009). Proses pengikatan logam (pengkelatan) merupakan proses keseimbangan pembentukan kompleks logam
dengan senyawa pengkelat.
2.3. Kitosan
Kitosan merupakan senyawa turunan kitin, senyawa penyusun rangka luar hewan berkaki banyak seperti kepiting, ketam, udang, dan serangga. Nama kitin (chitin) berasal dari bahasa Yunani yang artinya “Jubah” atau “amplop”. Kitosan
dan kitin termasuk senyawa kelompok polisakarida seperti zat pati (tepung) dan selulosa (komponen serat dari dinding sel tumbuhan) (Mahendra, 2007).
Secara kimiawi kitin merupakan polimer β -(1,4)-2-asetamida-2-dioksi-D-glukosa. Struktur kitin hampir sama dengan selulosa yang tidak dapat dicerna oleh vertebrata, perbedaannya gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon yang
kedua selulosa digantikan oleh gugus amida pada kitin (Sedjati, 2006). Kitin tidak larut dalam air sehingga penggunaannya terbatas. Salah satu turunan kitin adalah
kitosan, suatu senyawa yang mempunyai rumus kimia β -(1,4)-2-amino-2-dioksi-D-glukosa (Puspawati dan Simpen, 2010).
Perbedaan kitin dan kitosan hanya terdapat pada perbandingan gugus
(Sedjati, 2006). Kitosan didapatkan melalui proses deasetilasi dari kitin, dimana gugus asetil pada kitin, oleh hidrogen diubah menjadi gugus amin dengan penambahan larutan basa kuat berkonsentrasi tinggi (Herwanto dan Santoso,
2006). Secara struktur kimia, kitosan adalah kitin yang telah mengalami deasetilasi (kehilangan gugus asetil).
(a)
(b)
Gambar 3. Struktur (a) kitin dan (b) kitosan (Sedjati, 2006)
Kitosan dapat diperoleh dengan mengkonversi kitin melalui proses
deasetilasi. Sedangkan kitin dapat diperoleh dari kulit udang, kulit kepiting, dan serangga. Kitin banyak terdapat juga pada jamur. Isolasi kitin dari jamur pertama
kali dilakukan oleh peneliti asal Prancis, Henri Braconnot, pada tahun 1811. Isolasi kitin dari serangga pertama kali dilakukan oleh A. Odier, peneliti asal Prancis juga, pada tahun 1820. Sedangkan konversi kitin menjadi kitosan
ditemukan oleh C. Rouget pada tahun 1859. pada saat itu, Rouget berhasil menemukan bahwa kitin dapat menjadi senyawa yang lebih larut dalam air setelah
Kitosan tidak larut dalam larutan alkali dengan pH diatas 6,5. Kitosan mudah larut dalam asam organik seperti asam format, asam asetat, dan asam sitrat (Rahayu dan Purnavita, 2007). Kitosan merupakan polimer multifungsi karena
mengandung 3 jenis gugus fungsi yaitu gugus amino, gugus hidroksi primer dan sekunder. Adanya gugus fungsi tersebut menyebabkan kitosan mempunyai
reaktifitas kimia yang tinggi dan kitosan dapat berperan sebagai donor elektron (penyumbang elektron). Pada pembentukan kitosan-ion logam, ligan NH2 bertindak sebagai basa Lewis yang menyumbangkan sepasang elektron ke ion
logam (asam Lewis) membentuk ikatan kovalen koordinasi. Dengan gugus fungsi tersebut maka kitosan memiliki potensi sebagai adsorben, diduga dapat
berinteraksi dengan kation logam berat (Marganof, 2003; Rora, 2007; Rahayu dan Purnavita, 2007; Syahmani dan Arif Sholahuddin, 2009).
Selain sebagai bahan flokulan, kitosan juga dapat berfungsi sebagai
pengkelat logam-logam berat seperti Fe, Cu, Cd, Ag, Pb, Cr, Ni, Mn, Co, Zn, dan bahan-bahan radioaktif seperti uranium (Firdaus, 2008). Kitosan merupakan
biopolimer alam yang bersifat polielektrolit kationik yang berpotensi tinggi untuk penyerapan logam dengan mudah terbiodegradasi serta tidak beracun.
Rosita (2005) menyebutkan bahwa terdapat dua model pengikatan ion
logam menjadi ion kompleks. Model pertama yaitu pola rantai (perdant pattern) dimana ion-ion logam berikatan satu gugus amino pada kitosan seperti yang
ditunjukkan oleh gambar 4(1). Model yang kedua yaitu pola jembatan (bridge pattern) dimana ion logam mengikat dua atau lebih gugus amino dan satu atau
lebih gugus hidroksil pada kitosan seperti yang disajikan pada gambar 4(2) dan
Gambar 4. Struktur senyawa kompleks kitosan dengan Fe (Rosita, 2005)
Adapun reaksi pengikatan ion Fe dengan kitosan adalah sebagai berikut:
Kit-NH2 + H3O+ Kit-NH3+ + H2O ………. 2.1) Kit-NH3+ + H2O + Fe2+ (Kit-Fe)2+ + NH4OH……. .…. 2.2) Besarnya nilai parameter standar yang dikehendaki untuk kitosan dalam
dunia perdagangan dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Kualitas standar kitosan
Sifat – sifat Kitosan Nilai yang dikehendaki
Ukuran partikel
• paling tinggi (eps)
butiran – bubuk
Kitin dan kitosan dinegara maju telah diproduksi secara komersial
bioteknologi, kosmetika, biomedika, industri kertas, industri pangan, industri tekstil, dan lain-lain. Pemanfaatan tersebut didasarkan atas sifat-sifatnya yang dapat digunakan sebagai pengemulsi, koagulasi, pengkelat, dan penebal emulsi
(Hendri,2008).
Kitosan memiliki sifat reaktivitas kimia yang tinggi sehingga mampu
mengikat air dan minyak. Hal ini didukung oleh adanya gugus polar dan non polar yang dikandungnya. Alkaloida basa dan asam lemak larut dalam pelarut non polar kitosan yang bersifat basa, karena mengandung dua gugus fungsi amina setiap
unit berulangnya dapat mengikat asam lemak bebas melalui ikatan asam-basa. Karena kemampuan tersebut, kitosan dapat digunakan sebagai bahan pengental
atau pembentuk gel yang sangat baik, sebagai pengikat, penstabil, dan pembentuk tekstur (Firdaus, 2008).
2.4. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu
terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam (Atkins,1999). Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau
molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul-molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan
padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair,
disebut adsorben. Pada adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben.
Menurut Saniyyah (2010), faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi
antara lain:
1. Sifat fisika dan kimia adsorben, yaitu luas permukaan, pori-pori, dan
komposisi kimia.
2. Sifat fisika dan kimia adsorbat, yaitu ukuran molekul, polaritas molekul, dan komposisi kimia.
3. Konsentrasi adsorbat dalam fasa cair, seperti pH dan temperatur. 4. Lamanya proses adsorpsi tersebut berlangsung.
Berdasarkan besarnya interaksi antara adsorben dan adsorbat, adsorpsi dibedakan menjadi dua macam yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.
Dalam adsorpsi fisika, molekul-molekul teradsorpsi pada permukan
adsorben dengan ikatan yang lemah (ikatan Van Der Waals). Adsorpsi ini bersifat reversibel, sehingga molekul-molekul yang teradsorpsi mudah dilepaskan kembali
dengan cara menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut. Panas adsorpsi yang menyertai adsorpsi fisika yaitu berkisar 10 kJ/mol.
Adsorpsi fisika umumnya terjadi pada temperatur yang rendah dan jumlah
zat yang teradsorpsi akan semakin kecil dengan naiknya suhu. Demikian juga kondisi kesetimbangan tercapai segera setelah adsorben bersentuhan dengan
adsorbat. Hal ini dikarenakan dalam fisika tidak melibatkan energi aktivasi.
Pada adsorpsi kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan adsorben bereaksi secara kimia. Hal ini disebabkan pada adsorpsi kimia terjadi
pemutusan dan pembentukan ikatan. Oleh karena itu, panas adsorpsinya mempunyai kisaran yang sama seperti reaksi kimia, yaitu berkisar 100 kJ/mol.
tidak dapat ditemukan kembali. Adsorpsi ini bersifat irreversibel dan diperlukan energi yang banyak untuk melepaskan kembali adsorbat (dalam proses adsorpsi) karena ikatannya berupa ikatan kimia yang sangat kuat. Pada umumnya, dalam
adsorpsi kimia jumlah (kapasitas) adsorpsi bertambah besar dengan naiknya temperatur. Zat yang teradsorpsi membentuk satu lapisan monomolekuler dan
relatif lambat tercapai kesetimbangan karena dalam adsorpsi kimia melibatkan energi aktivasi (Oscik, 1982).
Secara singkatnya perbedaan adsorpsi secara fisika dan secara kimia dapat
dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 2. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia
Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh gaya van der Waals
Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan kimia
Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai – 40 kJ/mol
Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai – 800 kJ/mol
Dapat membentuk lapisan multilayer Membentuk lapisan monolayer
Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di bawah
titik didih adsorbat Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi
Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan fungsi adsorbat
Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan karakteristik adsorben dan adsorbat
Tidak melibatkan energi aktifasi tertentu Melibatkan energi aktifasi tertentu
Bersifat tidak spesifik Bersifat sangat spesifik
2.5. Isoterm Adsorpsi
Percobaan adsorpsi yang paling umum adalah menentukan hubungan jumlah gas teradsorpsi (pada adsorben) dan tekanan gas. Pengukuran ini dilakukan
2.5.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir
Isoterm adsorpsi Langmuir menggambarkan hubungan antara zat yang teradsorpsi dengan konsentrasi pada keadaan kesetimbangan dan temperatur yang
tetap dan adsorpsi yang terjadi pada permukaan monolayer.
Gambar 5. Isoterm adsorpsi Langmuir
Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadi adsorpsi terlokalisasi pada molekul adsorbat, yaitu
molekul yang teradsorpsi tidak dapat bergerak di sekeliling adsorben. Isoterm adsorpsi Langmuir terjadi pada adsorben yang bersifat homogen. Selain itu, panas adsorpsi tidak bergantung pada luas permukaan yang ditutupi adsorbat
(Mahendra, 2007). Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dengan rumus (Oscik, 1982):
……… 2.3)
Keterangan:
C = konsentrasi molekul zat yang bebas (yaitu terdapat dalam larutan) x = jumlah mol zat yang terjerap per milligram penjerap
a = tetapan
x/m = kapasitas monolayer
2.5.2. Isoterm Adsorpsi Freundlich
Isoterm adsorpsi Freundlich merupakan hubungan antara zat yang
teradsorpsi dengan konsentrasi pada keadaan kesetimbangan pada temperatur yang tetap dan adsorpsi yang terjadi pada permukaan multilayer. Artinya
Gambar 6. Isoterm adsorpsi Freundlich
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dinyatakan sebagai:
……… 2.4)
Keterangan:
X = berat zat teradsorpsi (mg/L) M = berat adsorben (g)
C = konsentrasi zat terlarut setelah tercapai kesetimbangan adsorpsi (mg/L) k dan n = tetapan yang tergantung pada jenis adsorben, adsorbat, dan temperatur
Persamaan 2.4 juga dapat diturunkan menjadi:
Log (X/M) = Log k + 1/n Log C ………. 2.5)
Nilai k dan n dari persamaan ini adalah tetapan yang menyatakan keheterogenan pusat-pusat aktif permukaan suatu adsorben. Suatu permukaan adsorben dikatakan homogen jika memenuhi n ≤ 1 (Mahendra, 2007).
Isoterm adsorpsi Freundlich berbeda dengan isoterm adsorpsi Langmuir, dimana pada isoterm adsorpsi Freundlich gaya yang terjadi antara adsorbat
dengan permukaan adsorben merupakan gaya Van der Waals, sehingga adsorpsi yang terjadi pada isoterm adsorpsi Freundlich merupakan adsorpsi fisika. Sedangkan pada isoterm adsorpsi Langmuir ikatan yang terjadi antara adsorbat
dengan permukaan adsorben merupakan ikatan kimia, sehingga adsorpsi yang terjadi pada isoterm adsorpsi Langmuir merupakan adsorpsi kimia (Mahendra,
2.6. Logam Pengotor
Pasir kuarsa atau silika masih memiliki logam-logam pengotor diantaranya besi (Fe), aluminium (Al), kalsium (Ca), titanium (Ti), mangan (Mn), magnesium
(Mg), dan karbon (C) (Guntoro, 2008). Ikatan kompleks antara kristal silika dengan pengotor melibatkan pengotor oksida besi, aluminium, titanium, kalsium,
magnesium dan lain-lain. Pasir kuarsa mempunyai warna yang berbeda-beda tergantung pada pengotor oksida didalamnya. Selain itu komposisi pasir juga tergantung pada tempat penambangan pasir.
Tabel 3. Komposisi persentase rata-rata batuan pasir (Anonim, 2003)
Oksida Batuan pasir (%)
Besi merupakan logam transisi dan memiliki nomor atom 26. Bilangan oksidasi Fe adalah +3 dan +2. Besi memiliki berat atom 55,845 g/mol, titik leleh 1.5380 C, dan titik didih 2.8610 C. Besi mempunyai urutan sepuluh besar sebagai
unsur di bumi. Besi menyusun 5 - 5,6% dari kerak bumi dan menyusun 35% dari massa bumi. Besi menempati berbagai lapisan bumi. Konsentrasi tertinggi
terluar kerak bumi. Beberapa tempat di bumi bisa mengandung Fe mencapai 70% (Widowati dkk., 2008).
Logam Fe ditemukan dalam inti bumi berupa hematit. Fe hampir tidak
dapat ditemukan sebagai unsur bebas. Fe diperoleh dalam bentuk tidak murni sehingga harus melalui reaksi reduksi guna mendapatkan Fe murni. Fe ditemukan
terutama sebagai mineral hematit (Fe2O3); magnetit (Fe3O4); mineral lain yang merupakan sumber Fe adalah limonit (FeO(OH)nH2O), siderit (FeCO3), dan takonit.
Bijih besi yang dipanaskan dengan karbon (C) pada suhu 1100-1200oC akan menghasilkan lelehan alloy yang mengandung 95% Fe dam 3,5% C. Bijih
besi hematit (Fe2O3) mengandung 70% Fe; magnetit (Fe3O4) mengandung 72% Fe; limonit (Fe2O3 + H2O) mengandung 50-66% Fe; dan siderit (FeCO3) mengandung 48% Fe.
Besi diproduksi secara industri dari bijih besi, yaitu hematit (Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4) dengan menggunakan reaksi karbotermik (reduksi menggunakan
C) pada tanur suhu tertentu. Reaksi yang terjadi adalah:
C + O2 CO2 (500-700oC) …….. 2.6)
C + CO2 2CO (>1500oC) ……... 2.7)
CO + 3Fe2O3 2Fe3O4 + CO2 (500oC) ……... 2.8) Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (850oC) ……... 2.9) FeO + CO2 Fe + CO2 (1000oC) ……... 3.0)
Logam besi (Fe) sebagian besar digunakan dalam pembuatan baja dan
menghasilkan hampir 95% baja di dunia dengan berbagai kombinasi kekuatan baja. Baja dikenal sebagai alloy besi.
Fe (II) oksida atau FeO, berupa bubuk berwarna hitam, dalam keadaan
dapat digunakan dalam pelapisan magnet audio dan komputer, dan dalam lingkungan basa mampu menghambat korosi. Senyawa fero teroksidasi menjadi feri cukup lama melalui oksigen atmosfer. Senyawa yang terbentuk adalah Fe2O3
atau dalam bentuk hidratnya. Feri oksida umumnya tidak berubah karena kelarutannya sangat kecil.
Pasir kuarsa merupakan salah satu mineral industri yang mempunyai banyak pengotor terutama unsur besinya (Sulistiyono, 2005). Butiran di dalam batu pasir tersement bersama dengan silika atau kalsium karbonat atau oksida
besi. Warna coklat dan belang pada batu pasir yang kasar disebabkan sejumlah kecil dari mineral mineral besi (Anonim, 2008). Kandungan besi dalam pasir
berbeda-beda. Kandungan mineral besi di daerah kawasan pantai (Selatan Lebak) desa Cibobos, Banten sebesar 2-6,2% (C. W. Hersenanto dkk, 2009).
2.6.2. Mangan (Mn)
Mangan (Mn) adalah logam berwarna abu-abu keputihan, memiliki sifat
mirip dengan besi (Fe), merupakan logam keras, mudah retak, serta mudah teroksidasi. Sebagian Mn memiliki bilangan oksidasi (biloks) +2, +3, +4, +6, dan +7. Contohnya MnO (biloks +2), Mn2O3 (biloks +3), MnO2 (biloks +4), Mn2O7
2-(biloks +6) dan Mn2O7 (biloks +7). Biloks +2 mudah bereaksi dengan asam hidroklorit membentuk MnCl2, sedangkan biloks +3 (manganit) bersifat tidak
stabil dan mudah berubah menjadi biloks +2. Status biloks +4 banyak sebagai MnO2, sedangkan biloks +4 bersifat amfoterik (bisa bersifat asam maupun basa) yang dapat mendonasikan dan menerima elektron dalam reaksi kimia. Bilangan
biloks +1 (pengompleks sianida), juga terdapat biloks +5 yang bersifat tidak stabil. Mn+7 merupakan oksidator yang kuat (Widowati dkk., 2008).
Mineral mangan tersebar secara luas dalam banyak bentuk; oksida, silikat,
karbonat adalah senyawa yang paling umum. Penemuan sejumlah besar senyawa mangan di dasar lautan merupakan sumber mangan dengan kandungan 24%,
bersamaan dengan unsur lainnya dengan kandungan yang lebih sedikit.
Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh. Mangan sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin
perlahan-lahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam baja, mangan meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan,
dan kemampuan pengerasan. Dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan sejumlah kecil tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik. Logam mangan bersifat ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat
sebagai bentuk allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada suhu luar biasa tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi
alfa pada suhu tinggi, dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa (Widowati dkk., 2008).
Mangan bereaksi dengan air dan larut dalam larutan asam menghasilkan
garam mangan yang larut dan hydrogen (H2). Reaksi mangan sebagai berikut: Mn + 2HCl MnCl2 + H2
Mangan banyak digunakan pada berbagai alloy. Mangan digunakan sebagai bahan campuran logam karena mangan bisa menghasilkan logam sehingga mudah dibentuk, meningkatkan kualitas kekuatan logam, kekerasan dan ketahanan.
lain digunakan untuk membuat baterai kering, keramik, gelas, serta bahan kimia (Widowati dkk., 2008).
Jika air yang mengandung besi atau mangan dibiarkan terkena udara atau
oksigen maka reaksi oksidasi besi atau mangan akan timbul dengan lambat membentuk endapan atau gumpalan koloid dari oksida besi atau oksida mangan
yang tidak diharapkan. Menurut Widowati dkk (2008), keberadaan mangan (Mn) dalam suatu batuan itu kandungannya berbeda-beda. Seperti pada batuan kapur mengandung Mn 0,08%, batuan karbonat mengandung Mn 0,07%, batuan api
mengandung Mn 0,08%, sedangkan pada batuan pasir mengandung Mn 0,06%.
2.7. Spektroskopi Infra Merah (Fourier Transform Infra Red/ FTIR)
Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah
panjang gelombang 0,75 – 1,000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark
Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang
elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan (Giwangkara S., 2007).
2.7.1. Jenis Daerah InfraRed (IR)
Telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan
rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang pada Tabel 2, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah,
a. Daerah Infra Merah dekat b. Daerah Infra Merah pertengahan
c. Daerah infra merah jauh (Giwangkara S., 2007)
Tabel 4. Daerah panjang gelombang
Jenis Panjang Gelombang Interaksi Bilangan Gelombang
Sinar gamma < 10 nm Emisi Inti
sinar-X 0,01 - 100 A Ionisasi Atomik
Ultra ungu (UV) jauh 10-200 nm Transisi Elektronik
Ultra ungu (UV) dekat 200-400 nm Transisi Elektronik
sinar tampak (spektrum
optik)
400-750 nm Transisi Elektronik 25.000 - 13.000 cm-1
Inframerah dekat 0,75 - 2,5 µm Interaksi Ikatan 13.000 - 4.000 cm-1
Inframerah
pertengahan
2,5 - 50 µm Interaksi Ikatan 4.000 - 200 cm-1
Inframerah jauh 50 - 1.000 µm Interaksi Ikatan 200 - 10 cm-1
Gelombang mikro 0,1 - 100 cm serapan inti 10 - 0,01 cm-1
Gelombang radio 1 - 1.000 meter Serapan Inti
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah
panjang gelombang yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm
atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1. Daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh (400-10 cm-1), berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti
2.7.2. Jenis Vibrasi Molekul
Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu: 1. Vibrasi Regangan (Streching)
2. Vibrasi Bengkokan (Bending) Vibrasi regangan ada dua macam, yaitu:
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah
tetapi masih dalam satu bidang datar.
Gambar 7. Vibrasi regangan
Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu :
1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan
yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar (Giwangkara S., 2007).
Gambar 8. Vibrasi bengkokan
2.7.3. Daerah Spektrum Infra Red
Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu.
Dapat dilihat pada tabel 5 dibawah ini masing-masing gugus fungsi memiliki bilangan gelombang tertentu.
2.7.4. Prinsip Kerja Alat FTIR
Prinsipnya didasarkan pada besarnya frekuensi sinar infra merah yang diserap dengan tingkat energi tertentu. Apabila frekuensi tertentu diserap ketika
melewati sebuah senyawa yang diselidiki, maka energi dari frekuensi tersebut akan ditransfer ke senyawa tersebut.
Radiasi dari sumber infra merah dipecah oleh pencacah sinar menjadi dua bagian yang sama dengan arah yang saling tegak lurus. Kemudian kedua radiasi tersebut dipantulkan kembali ke dua cermin sehingga bertemu kembali di
pencacah sinar untuk saling berinteraksi. Dari sini sebagian sinar diarahkan ke sampel menuju ke detektor, sedangkan sebagian dibalikkan ke sumber gerak,
maju mundur cermin akan menyebabkan sinar mencapai ke detektor berfluktuasi tetapi terkendali.
2.7.5. Keunggulan FTIR
Analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu:
a. Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada
menggunakan cara sekuensial atau scanning.
b. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena
tanpa harus melalui celah (slitless) (Giwangkara, 2006).
2.8. Spektroskopi Serapan Atom (Atomic Adsorption Spectroscopy/AAS)
Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika menelaah garis-garis hitam pada spektrum matahari. Sedangkan yang
memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh pada tahun 1955. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-cara spektrofotometrik atau analisis spektrografik. Beberapa cara ini
sulit dan membutuhkan waktu yang lama, kemudian digantikan dengan spektroskopi serapan atom. Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada
konsentrasi rendah. (Dewi Puspita, 2007).
Spektroskopi serapan atom atau yang biasa disebut dengan AAS mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode spektroskopi emisi
konvensional, contohnya spektroskopi nyala. Pada metode konvensional, emisi tergantung pada sumber eksitasi. Bila eksitasi dilakukan secara termal, maka ia
eksitasi yang rendah dapat dimungkinkan. Tentu saja perbandingan banyaknya atom yang tereksitasi terhadap atom yang berada pada tingkat dasar harus cukup besar, karena metode serapan atom hanya tergantung pada perbandingan ini dan
tidak bergantung pada temperatur. Logam-logam yang membentuk campuran kompleks dapat dianalisis dan selain itu tidak selalu diperlukan sumber energi
yang besar (Khopkar, 2003).
Perbedaan AAS dengan spektroskopi emisi yaitu AAS berdasarkan absorbsi yang merupakan pengukuran spektrum serapan cahaya dari suatu atom,
molekul atau bahan. Sedangkan spektroskopi emisi merupakan pengukuran spektrum frekuensi suatu cahaya.
2.8.1. Prinsip Kerja AAS
Metode ini berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom
menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Dengan absorpsi energi, berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu
atom pada keadaan dasar dinaikan tingkat energinya ketingkat eksitasi. Keberhasilan analisis ini tergantung pada proses eksitasi dan memperoleh garis resonansi yang tepat (Khopkar, 2003).
Secara proporsional konsentrasi atom bebas dalam nyala ditunjukkan menurut hukum Lambert-Beer:
A = -log lt / lo = bc Keterangan:
lo = Intensitas sumber sinar
lt = Intensitas sinar yang diteruskan = Absortivitas molar
c = Konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar b = Panjang medium
2.8.2. Komponen-komponen AAS
a. Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp)
Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang diisi dengan
gas argon (Ar) atau neon (Ne) bertekanan rendah (4-10 torr) dan di dalamnya dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis logam
murni dari unsur obyek analisis. Batang anoda terbuat dari logam wolfram/tungsten (W).
b. Ruang pengkabutan (Spray Chamber)
Merupakan bagian di bawah burner dimana larutan contoh diubah menjadi aerosol. Dinding dalam dari spray chamber ini dibuat dari
plastik/teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri atas:
1. Nebulizer glass bead atau impact bead (untuk memecahkan larutan
menjadi partikel butir yang halus).
2. Flow spoiler (berupa baling-baling berputar, untuk mengemburkan
butir / partikel larutan yang kasar).
3. Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan). c. Pembakar (Burner)
Merupakan alat dimana campuran gas (bahan bakar dan oksida)
dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi itulah terjadi pembentukan atom-atom analit yang akan diukur. Alat ini terbuat dari logam yang tahan
panas dan tahan korosi. Desain burner harus dapat mencegah masuknya nyala ke dalam spray chamber. Hal ini disebut ”blow back” dan amat berbahaya.
Burner untuk nyala udara asetilen (suhu 2000-2200 0C) berlainan dengan
untuk nyala nitrous oksida-asetilen (suhu 2900-3000 0C). Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan kedapatulangan
d. Monokromator & Slit (Peralatan optik)
Fungsinya untuk mengisolir sebuah resonansi dari sekian banyak spektrum yang dihasilkan oleh lampu katoda berongga.
e. Detektor
Detektor yang biasa digunakan dalam AAS ialah jenis photomultiplier
tube, yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga
sangat cepat (10-9 det). Fungsinya untuk mengubah energi radiasi yang jatuh pada detektor menjadi sinyal elektrik / perubahan panas.
f. Lain-lain
1. Pembuangan gas dan udara kotor (exhaust dust)
2. Pipa saluran gas
Gambar 10. Diagram alir AAS (Al Anshori, 2005)
2.8.3. Preparasi Sampel
Cara melakukan preparasi sampel untuk keperluan analisis dengan AAS, dapat dilakukan tahapan-tahapan kerja sebagai berikut:
b. Tambahkan 5 mL HNO3, kemudian panaskan diatas hotplate sampai larutan jernih dan volumenya kira-kira 25 mL.
c. Dinginkan, kemudian pindahkan larutan sampel kedalam labu takar
dan saring kembali menggunakan kertas saring untuk mengambil sisa- sisa endapan.
d. Larutan sampel yang menyusut dan telah disaring ditambahkan aquadest hingga volumenya sama dengan volume awal 50 mL
e. Larutan sampel siap diuji (Nurul Chaerani, 2010).
2.8.4. Keuntungan AAS
Keuntungan menggunakan metode AAS diantaranya adalah:
a. Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur yang berlainan dapat diukur. b. Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh. Jadi berbeda
dengan kolorimetri (yang membutuhkan pembentukan senyawa berwarna), gravimetri (endapan perlu dikeringkan terlebih dahulu) dan sebagainya,
preparasi contoh sebelum pengukuran cukup sederhana. c. Output data (absorban) dapat langsung dibaca.
d. Dapat diaplikasikan kepada jenis unsur dalam banyak jenis (Apriliani, 2010).
2.9. Scanning Electron Microscope (SEM)
Scanning Electron Microscope (SEM) adalah mikroskop yang
menggunakan berkas elektron sebagai sumber pencahayaannya, mempunyai daya pisah yang tinggi sehingga dapat difokuskan ke titik (spot) yang sangat kecil.
Gambar 11. Diagram alir SEM
SEM memiliki perbesaran bervariasi mulai dari 500 kali sampai 10.000
kali pembesaran sehingga dapat menunjukan bagian-bagian yang tidak terlihat ketika diuji dengan mikroskop optik. Elektron ditembakkan ke lintasan yang memiliki kevakuman yang tinggi. Molekul gas (dalam hal ini gas nitrogen) akan
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 1 Maret sampai 1 Juli 2010.
Bertempat di Laboratorium Pusat Penelitian Metalurgi, LIPI, PUSPIPTEK Serpong.
3.2. Bahan dan Alat 3.2.1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain cangkang rajungan (Portunus pelagicus) dari Serang, pasir kuarsa dari Kalimantan Timur, Na2CO3 anhidrat, NaOH pa. 1M, NaOH pa. 50%, HCl pa. 1M, aquadest, dan larutan
standar Fe (1 ppm; 2 ppm; 3 ppm; dan 4 ppm), Mn (0,2 ppm; 0,5 ppm; 1,0 ppm; dan 2,0 ppm) dan kitosan produk BATAN (spesifikasi: derajat deasetilasi 91,12%,
ukuran 1 mm, rendemen 20%, kadar abu 0,2% dan kadar air 10%).
3.2.2. Alat
Alat yang digunakan diantaranya neraca analitik, muffle furnace (Carbolite),
cawan silikon karbida/krusibel, gelas beaker, gelas ukur, labu ukur, botol pereaksi,
botol semprot, hotplate magnetic (Nuova), timer, termometer, kertas saring Whatman
3.3. Metode Kerja
3.3.1. Persiapan Awal Roasting Pasir Kuarsa
Pasir kuarsa diambil, kemudian dicuci dengan menggunakan air bersih
sampai hilang kotoran berupa humus maupun lumpur. Setelah bersih, ditandai dengan air cucian yang sudah jernih, maka pasir kuarsa tersebut dikeringkan
dalam oven pada suhu 105oC ± 2 jam sehingga air cucian menguap sempurna.165 gram pasir kuarsa dan 135 gram natrium karbonat (Sulistiyono, 2005) dimasukkan ke dalam mixer, kemudian dilakukan proses pencampuran secara merata.Setelah
campuran merata kemudian campuran tersebut dimasukkan dalam krusibel dan dipanaskan sampai temperatur 1200oC, lalu setelah tercapai termperatur tersebut
kemudian ditahan sampai 2 jam. Pada percobaan ini diperoleh leburan natrium silikat dimana leburan tersebut langsung dikeluarkan dan dalam kondisi cair dituangkan dari dalam krusibel ke dalam loyang stainless steel.Kemudian lelehan
didinginkan dalam pendingin kipas agar cepat dingin, kemudian lelehan yang telah dingin digerus sehingga menjadi serbuk. Serbuk ini dinamakan dengan
Natrium Silikat Kotor (NSK) karena masih mengandung pengotor ion-ion logam.
3.3.2. Pembuatan Larutan Natrium Silikat
Serbuk Natrium Silikat Kotor (NSK) diperoleh, ditimbang sebanyak 20 gram dilarutkan dalam 200 mL air mendidih (1:10) (berdasarkan penelitian
sebelumnya) dan diaduk selama 2 jam.Larutan selanjutnya disaring dengan kertas saring Whatman no. 40, sehingga dapat dipisahkan masing-masing residu dan filtrat. Dilakukan proses analisa terhadap larutan dan residu untuk menentukan
3.3.3. Persiapan Awal Pembuatan Kitosan
Cangkang rajungan basah, dicuci dan dikeringkan dibawah sinar matahari. Kemudian dihaluskan lalu diayak dengan ukuran 100 mesh, maka jadilah tepung
rajungan.
a. Demineralisasi
Penghilangan mineral dilakukan pada suhu 25-30°C (suhu kamar) dengan menggunakan larutan HCl 1 M dengan perbandingan sampel dengan larutan HCl = 1:15 (gr serbuk/ml HCl) sambil diaduk selama 60 menit. Kemudian di dekantasi
dan dicuci dengan aquadest sampai pH netral, lalu dikeringkan endapannya.
b. Deproteinasi
Proses ini dilakukan pada suhu 80-90°C dengan menggunakan larutan NaOH 1 M dengan perbandingan NaOH = 1:15 (gr serbuk/ml NaOH) sambil diaduk selama 3 jam. Kemudian campuran didekantasi dan dicuci dengan
aquadest sampai pH netral, lalu disaring untuk diambil endapannya.
c. Deasetilasi Kitin menjadi Kitosan
Kitin yang telah dihasilkan pada proses diatas dimasukkan dalam larutan NaOH 50% 1:15 (gr serbuk/ml NaOH) pada suhu 90°C sambil diaduk dengan kecepatan konstan selama 60 menit. Hasilnya disaring, endapan dicuci dengan
aquadest lalu ditambah larutan HCl encer agar pH netral kemudian dikeringkan. Maka terbentuklah kitosan. Gambar proses dapat dilihat pada lampiran hal. 76.
3.3.4. Analisis FTIR
Sebanyak 2 mg sampel kitosan ditambahkan 200 mg KBr (1:100) lalu
yang ada. Film yang terbentuk kemudian dibaca dengan alat FTIR pada panjang gelombang 450-4000 cm-1.
3.3.5. Analisis SEM
Sampel yang telah bersih dan kering ditempelkan pada sample holder
dengan perekat dua sisi, dilanjutkan dengan pelapis tipis emas dalam mesin pelapis tipis (sputler). Kemudian dilakukan pengamatan struktur mikro dan komposisi kimianya dengan SEM pada 20 kV dan perbesaran 1000 kali.
3.3.6. Proses Adsorpsi dengan Metode Batch a. Pengaruh Massa Kitosan
Kitosan dengan massa yang berbeda (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 gram) dicampurkan dalam 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dalam suasana
asam. Kemudian diaduk pada temperatur ruang selama 30 menit. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan
dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui seberapa besar penyerapan kitosan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo). Persen logam yang teradsorpsi/diserap dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Persentasi adsorpsi = C0 – C x 100%
C0
Keterangan:
C0 = konsentrasi awal logam (mg/L)
C = konsentrasi logam setelah adsorpsi pada fasa cair (mg/L)
b. Pengaruh Waktu Kontak
Kitosan dengan massa 0,2 gram dicampurkan dengan 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK), kemudian diaduk pada temperatur ruang. Waktu
Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan
secara berulang (duplo). Waktu kontak dengan penyerapan yang terbaik digunakan untuk analisis selanjutnya.
c. Pengaruh Konsentrasi Asam
Sebanyak 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan variasi pH
2, 3, 4, 5, 6, dan 7, dicampurkan dengan kitosan sebanyak 0,2 gram kemudian diaduk pada temperatur ruang dengan menggunakan waktu kontak yang terbaik.
Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan
secara berulang (duplo). pH dengan penyerapan yang terbaik digunakan untuk analisis selanjutnya.
d. Pengaruh Suhu
Kitosan dengan massa 0,2 gram dicampurkan dengan 50 mL larutan
Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan pH yang terbaik, kemudian diaduk pada temperatur yang divariasikan (30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, dan 80oC) dengan
menggunakan waktu kontak yang terbaik. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang
e. Perbandingan Kitosan Sintesis dengan Kitosan Produk BATAN
Sebanyak 0,2 gram kitosan sintesis maupun kitosan produk BATAN, masing-masing dicampurkan dalam 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK)
dengan kondisi pH, suhu dan waktu yang terbaik. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan
menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan dua kali pengulangan (duplo). Hasil adsorpsi antara kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Karakterisasi Pasir Kuarsa dan Preparasi Natrium Silikat
Pasir kuarsa merupakan bahan baku pada penelitian ini. Pasir kuarsa yang
digunakan diharapkan mempunyai kemurnian yang tinggi, sehingga perlu dilakukan karakterisasi terhadap pasir kuarsa dengan menggunakan SEM dan AAS. Analisis dengan menggunakan SEM dilakukan untuk mengetahui bentuk
(morfologi) dari suatu permukaan pasir kuarsa. Adapun gambar hasil analisis SEM sebagai berikut:
100 µm100 µm 100 µm 100 µm
100 µm
Gambar 13. Hasil analisa pasir kuarsa
Selain itu, untuk mengetahui pengotor apa saja yang terdapat pada pasir
kuarsa, maka dilakukan analisis terhadap pasir kuarsa dengan menggunakan AAS dari laboratorium pengujian tekMIRA Bandung. Hasil analisis AAS (lihat pada
Tabel 6. Pengotor pada pasir kuarsa
Pengotor pasir kuarsa Massa (%)
SiO2 99,2
Natrium silikat dibuat dari campuran pasir kuarsa (silika) dengan natrium
karbonat (Na2CO3). Pasir yang digunakan berasal dari Samboja, Kalimantan Timur. Campuran pasir kuarsa dengan Na2CO3 dibakar dalam tanur pada suhu
1200 oC selama ± 2 jam. Pada pencampuran ini terjadi reaksi sebagai berikut:
Na2CO3 (s) + SiO2 (s) Na2SiO3 (s) + CO2 (g) ………4.1)
Pasir kuarsa dengan natrium karbonat dapat membentuk kaca jika
dipanaskan di atas titik lelehnya dan kemudian harus didinginkan dengan cepat untuk menghindari kristalisasi. Setelah dingin natrium silikat dijadikan serbuk
dengan cara digrinding. Natrium silikat yang dihasilkan kemudian dilarutkan dengan air mendidih, lalu direaksikan dengan kitosan untuk menghilangkan ion-ion logam pengotornya.
4.2. Isolasi Kitin dan Transformasi Kitosan
Bahan awal yang digunakan untuk membuat kitin dan kitosan adalah
limbah cangkang rajungan (Portunus pelagicus) yang telah dikeringkan dan telah dibuat serbuk. Limbah cangkang rajungan ini berasal dari Serang, Banten-Jawa
dan deproteinasi, kemudian untuk mendapatkan kitosan dilakukan proses deasetilasi.
Tahap demineralisasi dilakukan untuk menghilangkan mineral yang
terkandung dalam cangkang rajungan. Pada tahap demineralisasi ini dilakukan dengan menambahkan HCl 1 M karena mineral yang terdapat dalam bahan,
terutama CaCO3 dan sedikit Ca3(PO4)2 mudah hilang dengan penambahan HCl dan dapat menghasilkan kitin dengan kandungan mineral yang lebih rendah (Ruswanti dkk, 2007). Pada tahap ini, ketika HCl 1M direaksikan dengan serbuk
rajungan akan terbentuk buih yang terkumpul pada permukaan larutan. Setelah 1 jam buih berkurang dan larutan berwarna kuning keruh. Terbentuknya buih
tersebut menandakan adanya gas karbon dioksida (CO2) dan uap air. Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
CaCO3 (s) + 2HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) …..(4.2)
Ca3(PO4)2 (s)+ 4HCl (aq) 2CaCl2 (aq)+ Ca(H2PO4)2 (aq) …..(4.3)
Tahap kedua yaitu deproteinasi yang merupakan suatu proses pemisahan
atau pelepasan ikatan antara protein dan kitin. Deproteinasi dilakukan dengan menggunakan NaOH 1 M selama 1 jam pada suhu 80-90 oC. Pada tahap ini, protein akan terlepas dan membentuk Na-proteinat yang dapat larut dan hilang
selama proses pencucian dan penyaringan (Ruswanti dkk, 2007). Hal ini ditunjukan dengan perubahan warna larutan dari jernih menjadi coklat. Filtrat
yang dihasilkan berwarna coklat dan endapan putih kecoklatan. Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
Pada setiap tahap dilakukan pencucian sampai larutan netral, bertujuan untuk menghilangkan sisa-sisa dari larutan reagen. Pencucian yang kurang sempurna akan mengakibatkan mineral yang terlepas dapat melekat kembali pada
permukaan molekul kitin. Pencucian juga dimaksudkan untuk mencegah terjadinya degradasi produk selama proses pengeringan. Karena kitin juga
mengandung beberapa gugus amino bebas baik disebabkan adanya sedikit deasetilasi selama proses pengeringan atau akibat pembentukan asetilasi yang tidak sempurna (Hendri, 2008).
Tahap terakhir adalah deasetilasi yang diperlukan untuk mengubah kitin menjadi kitosan dengan proses hidrolisis. Pada tahap ini digunakan larutan NaOH
50% disebabkan pada kondisi tersebut merupakan kondisi optimum pada proses transformasi gugus asetil yang berikatan dengan atom nitrogen membentuk gugus amina (Rochima dkk, 2007). Perendaman dalam NaOH konsentrasi tinggi (≥40%)
akan meningkatkan derajat deasetilasi dan mengakibatkan terjadinya depolimerisasi memutuskan ikatan rangkap antara gugus karboksil dengan atom
nitrogen Rochima dkk, 2007). Larutan NaOH berfungsi membantu pemutusan (katalis) ikatan antara gugus asetil dengan atom nitrogen sehingga berubah menjadi gugus amino (-NH2). Pada tahap ini tidak menggunakan air atau alkohol
untuk mendeasetilasi, karena dikhawatirkan akan menghidrolisis hidroksidanya atau ikatan glikosidik yang terdapat pada struktur kitosan dapat putus. Reaksi
Gambar 14. Reaksi kitin menjadi kitosan (Rahayu dan Purnavita, 2007)
Dengan adanya sifat-sifat kitin dan kitosan yang dihubungkan dengan gugus amino dan hidroksil yang terikat, maka menyebabkan kitin dan kitosan mempunyai reaktifitas kimia yang tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit
kation sehingga dapat berperan sebagai penukar ion (ion exchanger) dan dapat berperan sebagai adsorben logam berat dalam air limbah (Marganof, 2003).
Kitosan yang didapatkan dari hasil sintesis sebesar 34,89 gram (57 % berat) dari 200 gram cangkang rajungan (lihat lampiran 3).
Sulitnya menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi
diduga karena kitin secara alami berbentuk kristalin yang mengandung rantai-rantai polimer kitin berkerapatan sangat tinggi, yang satu sama lain terikat dengan
ikatan hidrogen yang sangat kuat, sehingga menghalangi enzim berpenetrasi mencapai substrat spesifiknya (Rochima, 2008). Deasetilasi yang terjadi pada kitin hampir tidak pernah selesai sehingga dalam kitosan masih ada gugus asetil
yang terikat pada beberapa gugus N (Kusumawati, 2009). Derajat deasetilasi juga dipengaruhi oleh waktu. Menurut Purnawan dkk (2009), bahwa semakin lama
tinggi. Hal ini disebabkan semakin lama waktu reaksi hidrolisis kitin, gugus asetil yang tersubstitusi menjadi gugus amina semakin banyak sehingga DD kitosan semakin tinggi. Pada penelitian ini, ketika masih sebagai serbuk rajungan
memiliki derajat deasetilasi 21,39%. Akan tetapi setelah menjadi kitosan, derajat deasetilasinya meningkat menjadi 75,99%.
Kitosan yang terbentuk diidentifikasi dengan menggunakan spektrofotometer infra merah (FTIR). Hasil analisis kuantitatif spektrum FTIR yang didapatkan untuk menghitung derajat deasetilasi (DD) kitosan. Derajat
Deasetilasi menunjukkan persentase gugus asetil yang dapat dihilangkan dari kitin sehingga dihasilkan kitosan. Makin berkurangnya gugus asetil pada kitosan maka
interaksi antar ion dan ikatan hidrogen dari kitosan akan semakin kuat. Spektrum FTIR hasil analisis dapat dilihat sebagai berikut:
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0
0.0
Laborat ory Test Result
Ser buk Raj ungan
