ANALISIS PARAMETER ADSORPSI PADA PROSES PENJERAPAN BESI DALAM AIR GAMBUT OLEH
ARANG CANGKANG BIJI KETAPANG
REPOSITORY
OLEH
DESRI WAHYU RISKA PUTRI NIM. 1603115637
PROGRAM STUDI S1 KIMIA JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU 2020
1 ANALISIS PARAMETER ADSORPSI PADA PROSES PENJERAPAN BESI
DALAM AIR GAMBUT OLEH ARANG CANGKANG BIJI KETAPANG
Desri Wahyu Riska Putri1*, Muhdarina2
1
Mahasiswa Program Studi S1 Kimia
2
Dosen Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia [email protected]
ABSTRACT
Peat water contains iron (Fe) which causes the water to turn brownish red. In this research, the iron uptake was carried out using an adsorbent based on ketapang seed shells. The adsorbent was made by carbonization at 5000C for 30 minutes to obtain ketapang seed shell charcoal. Ketapang seed shell charcoal was applied to adsorb iron cations in peat water by analyzing the parameters of contact time, adsorbent weight and volume of peat water. The optimum conditions for the uptake of iron cations in peat water were 30 minutes of contact time, 1 g of adsorbent weight and 100 mL peat water volume to adsorbed iron weight per g of adsorbent 0.21x10-3 mg g-1 or the ad sorption efficiency of 38.07%.
Keywords: peat water, ketapang seed shells, carbonization
ABSTRAK
Air gambut mengandung besi (Fe) yang menyebabkan warna air menjadi merah kecoklatan. Dalam penelitian ini telah dilakukan penjerapan besi menggunakan adsorben berbasis cangkang biji ketapang. Adsorben dibuat dengan cara karbonisasi pada suhu 500 0C selama 30 menit sehingga diperoleh arang cangkang biji ketapang. Arang cangkang biji ketapang diaplikasikan untuk menjerap kation besi dalam air gambut dengan menganalisis parameter waktu kontak, berat adsorben serta volume air gambut. Kondisi optimum untuk penjerapan kation besi dalam air gambut adalah dengan waktu kontak 30 menit, berat adsorben 1 g serta volume air gambut 100 mL dengan berat besi yang teradsorpsi per g adsorben 0,21x10-3 mg g-1 atau efisiensi penjerapan sebesar 38,07%.
2
PENDAHULUAN
Salah satu kandungan zat atau mineral yang terdapat dalam air adalah besi (Fe). Besi (Fe) merupakan salah satu unsur hasil pelapukan batuan induk yang banyak ditemukan di perairan umum (Kusnaedi, 2010). Menurut Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 32 Tahun 2017 tentang standar baku mutu kesehatan lingkungan dan persyaratan kesehatan air untuk keperluan higiene sanitasi, batas maksimal kandungan besi di dalam air adalah 1 mg/L.
Riau memiliki 4.043.601 ha luas lahan gambut atau sekitar 56% dari luas lahan gambut pada pulau Sumatra. Pada lahan gambut terdapat air permukaan yang biasa disebut dengan air gambut. Jumlah air gambut di lahan gambut cukup banyak, hal inilah yang menjadikan air gambut merupakan sumber air baku yang potensial di daerah Riau. Namun air gambut memiliki pH yang rendah, kadar zat organik yang tinggi serta mengandung besi (Fe) yang menyebabkan warna air coklat kemerahan (Anggriawan et al., 2015).
Menurut Badan Perlindungan Lingkungan standar sekunder level kontaminan maksimum untuk zat besi adalah 0,3 mg/L dalam air minum. Kandungan Fe yang melebihi batas maksimal akan menimbulkan banyak masalah, termasuk masalah estetika, kesehatan seperti gangguan pada usus,
bau yang kurang enak dan bisa menyebabkan kanker. Selain itu, keracunan besi (Fe) menyebabkan permeabilitas dinding pembuluh darah kapiler meningkat sehingga plasma darah merembes keluar (Apriani, 2013).
Salah satu cara untuk mengurangi kadar besi (Fe) dalam air gambut ialah dengan cara adsorpsi menggunakan adsorben. Adsorben yang digunakan pada penelitian ini dalam pengolahan air gambut adalah berbahan dasar cangkang biji ketapang. Limbah ketapang banyak ditemukan di lingkungan Universitas Riau. Limbah buah ketapang membutuhkan waktu yang lama untuk dapat terdegradasi, karena komponen kimia dari salah satu bagian buah ketapang yaitu cangkang ketapang oleh sebab itu dibutuhkan suhu yang tinggi untuk proses karbonisasi cangkang buah ketapang. Dalam penelitian Yuniarti (2016), juga dilaporkan bahwa cangkang ketapang mengandung unsur karbon yang sebagian besar terikat dalam lignoselulosa. Komposisi lignoselulosa dalam cangkang ketapang adalah 16,60% selulosa 24,70% hemiselulosa dan 43,46% lignin
Penelitian sebelumnya Andani (2017) juga menggunakan arang cangkang buah ketapang yang dikarbonisasi pada suhu 500°C dengan variasi waktu 15 dan 30 menit. Berdasarkan penelitian diperoleh
3
diameter pori berkisar 1,17-1,83 µm serta arang cangkang ketapang yang dikarbonisasi selama 30 menit dapat mengurangi parameter analisis air gambut lebih banyak dibandingkan adsorben lainnya dengan persentase efisiensi penurunan kandungan Fe yang masih rendah yaitu sebesar 15,55%. Penelitian ini akan memanfaatkan arang cangkang biji ketapang sebagai sumber adsorben. Cangkang biji ketapang dikarbonisasi pada suhu 500 0C selama 30 menit. Arang yang dihasilkan diaplikasikan untuk penjerapan Fe (III) dari air gambut.
METODE PENELITIAN A. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah crussibel, desikator, spekftrofotometer serapan atom (Shimadzu AA-7000), sentrifuse (Corning), furnace (Nabertherm),
hotplate (REXIM RSH-IDR AS ONE),
peralatan lumpang dan alu, spatula, neraca analitik (ABJ-320-4NM), oven (Memmert), ayakan 100 dan 200 mesh dan peralatan gelas lainnya.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah ketapang banyak ditemukan di lingkungan Universitas Riau, KOH, Aqua Demineralized (AKua DM), akuades,
kertas saring Whatman No.42, dan bahan pendukung lainnya.
B. Preparasi sampel
Buah ketapang yang dipilih yaitu buah yang sudah tua berwarna coklat. Buah kemudian dijemur di bawah panas matahari untuk memudahkan pengupasan dari kulit dan serabutnya sehingga diperolah cangkang biji ketapang, sedangkan biji di dalam cangkang tersebut dibuang. Sampel dicuci dengan aqua DM dan dikeringkan di dalam oven pada suhu 105oC selama 24 jam.
Sampel dihancurkan sampai terbentuk keping-keping yang kecil lalu dimasukkan ke dalam krusibel, lalu dilakukan karbonisasi di dalam furnace pada suhu 500 °C selama 30 menit. Arang yang terbentuk digerus dengan menggunakan alu dan mortar hingga ukurannya menjadi lebih halus lagi, lalu diayak menggunakan ayakan 100 dan 200 mesh, sehingga ukuran arang cangkang biji ketapang menjadi 100 ≤ x ≤ 200 mesh. Arang yang sudah halus dimasukkan dalam plastik dan disimpan dalam desikator.
C. Pengambilan dan persiapan
sampel air gambut
Sampel air gambut diambil dari Desa Rimbo Panjang Kecamatan Tambang, Kabupaten Kampar, Provinsi Riau. Koordinat dari tempat pengambilan sampel tersebut yaitu pada 0025’44,5” LU dan 101020’42,6” BT pada hari minggu 28 juni 2020 pengambilan sampe
4
dilakukan sesuai dengan SNI 6989.59-2008 dan SNI 06-6989.4-2004 tentang air dan limbah metode pengambilan contoh air dan cara uji besi (Fe) dengan AAS.
Pengambilan sampel dilakukan dengan menggunakan water sampler pada tiga kedalaman yang berbeda, yaitu bagian permukaan, tengah dan dasar. Ketiga sumber sampel air gambut dicampurkan secara homogen. Sebelumnya water sampler dibilas sebanyak tiga kali dengan sampel air gambut yang akan diambil. Air gambut dimasukkan ke dalam botol polietilen dan dibalut dengan aluminium foil. Sebelum dibawa ke laboratorium, pH insitu air gambut diukur terlebih dahulu. Selanjutnya ditambahkan HNO3 sampai
pH<2. Sampel diawetkan dengan memasukkannya ke dalam ice box sebelum dianalisis. Sampel kemudian dibawa ke laboratorium untuk dianalisis.
D. Uji daya adsorpsi arang 1. Pengaruh waktu kontak
Arang cangkang biji ketapang dengan berat 1 g dimasukkan kedalam Erlenmeyer. Air gambut ditambahkan 100 mL, diaduk menggunakan hotplate
stirrer dengan kecepatan 120 rpm pada
suhu kamar dengan variasi waktu kontak 15, 30, 45 dan 60 menit. Campuran didiamkan selama 1 jam, kemudian larutan hasil pengadukkan disentrifugasi selama 15 menit dengan kecepatan
6000 rpm dan filtratnya diukur dengan Spektrofotometri Serapan Atom (AAS).
2. Pengaruh berat adsorben
Arang cangkang biji ketapang dengan berat 0,5 g, 1 g dan 2 g dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Air gambut ditambahkan 100 mL, diaduk menggunakan hotplate stirrer dengan kecepatan 120 rpm pada suhu kamar dengan waktu kontak optimum. Campuran didiamkan selama 1 jam, kemudian larutan hasil pengadukkan disentrifuse selama 15 menit dengan kecepatan 6000 rpm dan filtratnya diukur dengan Spektrofotometri Serapan Atom (AAS).
3. Pengaruh variasi volume air gambut
Adsorben sebanyak 1g dicampurkan air gambut dengan variasi yaitu 100, 200 dan 300 mL. Proses dilakukan dengan cara diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 30 menit, kecepatan 120 rpm. Campuran didiamkan selama 1 jam kemudian di sentrifuse selama 15 menit dengan kecepatan 6000 rpm. Cairan di atas endapan hasil disentrifuse di pipet untuk menganalisis kendungan Fe dengan Spektrofotometri Serapan Atom (AAS).
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Analisis air gambut sebelum
adsorpsi
Parameter dari air gambut awal yang diketahui meliputi bau, pH dan konsentrasi logam Fe. Analisis bau dari air gambut awal dilakukan secara organoleptik terhadap 11 responden. Analisis air gambut sebelum adsorpsi di Desa Rimbo Panjang Kecamatan Tambang, Kabupaten Kampar. Parameter bau dianalisis secara organoleptik dengan 11 orang responden terpilih yang merupakan mahasiswa/i Universitas Riau, dalam keadaan sehat, terutama tidak sedang sakit flu dengan tujuan agar hasil analisis yang didapatkan lebih maksimal. Hasil analisis 8 dari 11 orang responden menyatakan bahwa sampel air gambut sebelum adsorpsi sedikit berbau. Peneliti sendiri ikut menganalisis bau air gambut tersebut sebelum dianalisis lebih lanjut dan peneliti sendiri menyatakan bahwa sampel air gambut sedikit berbau.
Timbulnya bau pada air gambut disebabkan karena adanya senyawa organik yang mengandung unsur S, N dan P pada struktur asam humat terdapat adanya unsur N sehingga menjadi sumber bau yang ditimbulkan pada air (Rutkowska dan Pikula, 2013). Air gambut pada penelitian ini sebelum adsorpsi memiliki pH sebesar 3,1 dan setelah ditambahkan HNO3 memiliki pH
1,7 serta mengandung Fe sebesar 0,660 ppm.
2. Analisis air gambut setelah adsorpsi A. Adsorpsi pada variasi waktu
kontak
Uji daya adsorpsi ACBK 500, dilakukan pada berat adsorben 1 g terhadap 100 mL air gambut dengan variasi waktu kontak 15, 30, 45 dan 60 menit. Hasil penentuan waktu kontak optimum ACBK 500 terhadap kation Fe (III) dapat dilihat pada Tabel 1. Berdasarkan Tabel 1 kondisi tertinggi adsorpsi ACBK 500 terhadap jation Fe (III) terjadi pada waktu 30 menit yaitu sebesar 38,07%. Pada waktu 30 ke 45 menit ACBK 500 mengalami penurunan yaitu dari 38,07% ke 36,02% serta dari 45 ke 60 menit juga mengalami penurunan yaitu dari 36,02% ke 31,10%.
Tabel 1. Efisiensi Fe yang terjerap oleh adsorben pada variasi waktu kontak Waktu kontak (menit) Fe terjerap (mg g-1) Efisiensi penjerapan (%) 15 0,18 x 10-3 34,05 30 0,21 x 10-3 38,07 45 0,19 x 10-3 36,02 60 0,17 x 10-3 31,10
6
Penurunan daya adsorpsi terjadi karena kation Fe(III) yang terikat pada adsorben mengalami desorpsi. Proses desorpsi atau pelepasan adsorbat terjadi selama pengadukan. Penurunan daya adsorpsi terjadi karena kation Fe(III) yang terikat pada adsorben mengalami desorpsi. Proses desorpsi atau pelepasan adsorbat terjadi selama pengadukan. Desorpsi diakibatkan oleh permukaan adsorben yang telah jenuh. Pada keadaan jenuh, laju adsorpsi akan berkurang, sehingga waktu kontak tidak berpengaruh lagi. Pada waktu kontak 45 ke 60 menit adsoben mengalami penurunan daya adsorpsi yang berarti bahwa adsorben telah jenuh sehingga tidak mampu mengadsorpsi kation Fe(III) lagi.
B. Adsorpsi pada variasi berat adsorben
Tabel 2. Efisiensi Fe yang terjerap oleh adsorben pada variasi berat adsorben Berat adsorben (g) Fe terjerap (mg g-1) Efisiensi penjerapan (%) 0,5 0,177 x 10-3 32,32 1 0,21 x 10-3 38,07 2 0,16 x 10-3 28,90
Variasi berat adsorben dilakukan untuk mengetahui berat optimum dalam proses adsorpsi Fe(III) dalam air gambut. Berdasarkan Tabel 2 kondisi tertinggi adsorpsi ACBK 500 pada berat adsorben 1 g yaitu 38,07 %. Sedangkan pada berat adsorben 1 ke 2 g efisiensi penjerapan Fe (III) oleh adsorben mengalami penurunan hal ini disebabkan karena adsorben mencapai titik jenuh sehingga tidak bisa lagi menjerap kation Fe(III) dalam air gambut selain itu semakin banyak massa adsorben dapat menciptakan agregasi partikel dan menambah kekeruhan pada air gambut.
C. Adsorpsi variasi volume air gambut
Pada tahap ketiga uji adsorpsi air gambut yang dilakukan adalah variasi volume air gambut yaitu 100 mL, 200 mL dan 300 mL. analisis ini dilakukan untuk menentukan volume optimum air gambut pada proses adsorpsi. Proses adsorpsi dilakukan dengan waktu kontak 30 menit dan berat adsorben 1 g.
Efisiensi Fe tertinggi yang terjerap oleh adsorben pada variasi volume air gambut yaitu 38,07% dengan volume air gambut 100 mL berdasarkan Tabel 3, sedangkan dari volume 100 ke 200 mL mengalami penurunan efisiensi. Semakin besar volume air gambut semakin kecil efisiensi penjerapan Fe(III) dalam air gambut.
7
Tabel 3. Efisiensi Fe yang terjerap oleh adsorben pada variasi rasio berat adsorben dan volume air gambut Volume air gambut (mL) Fe terjerap (mg g-1) Efisiensi penjerapan (%) 100 0,21 x 10-3 38,07 200 0,167 x 10-3 30,51 300 0,14 x 10-3 28,90
Hal ini disebabkan karena adsorben telah mencapai titik jenuh sehingga mengalami desorpsi yaitu pelepasan adsorbat sehingga tidak bisa mengadsorpsi kation Fe(III) dalam air gambut lagi. Pada keadaan jenuh, laju adsorpsi akan berkurang sehingga waktu kontak tidak berpengaruh lagi.
KESIMPULAN
Kondisi optimum adsorpsi arang cangkang biji ketapang terhadap penjerapan kation besi dari air gambut dengan waktu kontak 30 menit, berat adsorben 1 g , volume air gambut 100 mL dengan berat besi yang teradsorpsi per g adsorben 0,21x10-3 mg g-1 dan efisiensi penjerapan kation besi 38,07%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak Advance Knowledge And
Skill For Sustainable Growth In
Indonesia (AKSI) Project Asian
Development Bank (ADB) Universitas
Riau yang telah mendanai penelitian ini sehingga penelitian ini dapat diselesaikan .
DAFTAR PUSTAKA
Andani, Y.2017. Impregnasi Fe pada arang cangkang buah ketapang (Terminallia catappa) dan aplikasinya pada pengolahan air gambut. Skripsi. Universitas Riau. Pekanbaru.
Anggriawan, A., Edi,S., Monita, O.2015. Penyisihan Kadar Logam Fe dan Mn Pada Air Gambut Dengan Pemanfaatan Geopolimer Dari Kaolin Sebagai Adsorben. Jom FTEKNIK. 2 (1): 1-6.
Apriani, R.,2013, Pengaruh Konsentrasi Aktivator KOH Terhadap Kualitas Karbon Aktif Kulit Durian Sebagai Adsorben Logam Fe pada Air Gambut,
Prisma Fisika.1(2) : 82-86.
Hamid, A. 2013. Efektivitas Lempung Cengar sebagai Koagulan Cair dalam Penjernihan Air Gambut.
8
Skripsi. Jurusan Kimia FMIPA Universitas Riau, Pekanbaru. Rutkowska, A & Pikula, D. 2013. Effect
of Crop Rotation and Nitrogen Fertilization on the Quality and Quantity of Soil Organic Matter.
Soil Processes and Current Trends in Quality Asessment.
15(1): 257-267.
Yuniarti. 2016. Tinjauan kinetika reaksi pirolisis cangkang biji ketapang untuk menghasilkan bahan bakar briket arang. Tesis.
Universitas Gajah Mada, Yogyakarta
