5 2.1 Dasar Teori
2.1.1 Air
Air, merupakan bahan alam yang diperlukan untuk kehidupan manusia, hewan dan tanaman, yaitu sebagai media pengangkut zat-zat makanan, juga sebagai sumber energi dan keperluan lainnya. Masalah utama yang dihadapi berkaitan sumber daya air, adalah kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus meningkat dan kualitas air untuk keperluan domestik yang semakin menurun dari tahun ke tahun. Kegiatan industri, domestik, dan kegiatan lain berdampak negatif terhadap sumber daya air (Sasongko, dkk, 2014).
Air diproses, dibersihkan dan diseimbangkan kembali di dalam tanah sekaligus berfungsi memurnikan air tersebut, kemudian disuplay lagi untuk memenuhi kebutuhan manusia. Semua unsur tanah dan air kemudian akan kembali diuraikan menjadi unsur-unsur awal. Ikatan-ikatan senyawa yang tergabung dalam air akan diuraikan atau dimurnikan menjadi air yang normal sebagaimana yang dibutuhkan oleh tubuh manusia. Unsur-unsur yang terdapat di dalam tanah, memiliki fungsi untuk berinteraksi dengan unsur air yang bertujuan untuk pemurnian; tanah terdiri dari ikatan ikatan kimia yang semua unsur- unsurnya terdapat pada tubuh manusia; proses pengikatan dan penguraian senyawa kimia tanah, selalu terjadi sesuai dengan kebutuhan sebagaimana proses
pengikatan dan penguraian kimia pada unsur-unsur tubuh manusia; Hal ini menggambarkan bahwa manusia tidak kekal, tidak abadi, tidak bertahan lama, sewaktu waktu dapat berikatan, dipisahkan, dan atau diuraikan (Susana, 2003).
Senyawa alkali benzene, metana, etana, dan lain-lain, adalah sifat-sifat senyawa yang secara fisika terurai habis sesuai dengan keadaan. Tidak ada satu pun organ tubuh manusia yang dapat bertahan ketika diuraikan. Sebagai contoh, darah akan terurai menjadi air (H2O), kemudian akan diuraikan kembali menjadi unsur H dan unsur O. Demikian pula dengan unsur-unsur lainnya yang membentuk sel-sel darah merah antara lain seperti zat besi (Fe), elektrolit Na, K, Mg, Ca, Sulfur dan lainnya akan terurai kembali menjadi unsur-unsur yg kemudian akan menyatu dengan tanah atau air (Susana, 2003).
Setelah diteliti dengan seksama, ternyata air memiliki sirkulasi yang terangkai saling berkaitan; dimulai dari air laut, sungai, danau, menjadi uap air selanjutnya menjadi awan hujan lalu turun lagi sebagai air hujan sampai ke tanah dan meresap, kemudian pada akhirnya menjadi sumber untuk memenuhi kebutuhan manusia terhadap air. Jika bumi ini tidak dipisahkan oleh cakrawala atau langit beserta atmosfir-nya, maka air yang menguap akan terlepas di alam semesta, dan tak akan kembali lagi ke bumi, karena tak ada yang membatasinya (Susana, 2003; Onrizal, 2005).
2.1.2 Mangan (Mn)
Mangan (Mn), merupakan salah satu logam putih keperakan, keras, dan rapuh, grup 7 (VIIB) dari tabel periodik. Mangan diakui sebagai unsur pada tahun
1774 oleh kimiawan Swedia Carl Wilhelm Scheele saat bekerja dengan mineral pirolusit dan diisolasi pada tahun yang sama dengan rekannya, Johan Gottlieb Gahn; meskipun jarang digunakan dalam bentuk murni, mangan sangat penting untuk pembuatan baja.
Tabel 2.1 Keterangan Unsur Mangan
Keterangan Keterangan
Simbol Mn Konduktivitas listrik 0.5 x 106 ohm-1cm-1
Radius atom 1.35 Å Elektronegativitas 1.55
Volume atom 7.39 cm3/mol Konfigurasi elektron [Ar]3d5 4s2 Massa atom 54.938 Formasi entalpi 14.64 kJ/mol Titik didih 2235 oK Konduktivitas panas 7.82 Wm-1K-1 Titik lebur 1518 K Potensial ionisasi 7.435 V Radius kovalensi 1.17 Å Bilangan oksidasi 7, 6, 4, 2, 3 Struktur kristal bcc Kapasitas panas 0.48 Jg-1K-1 Massa jenis 7.44 g/cm3 Entalpi penguapan 219.74 kJ/mol
Mangan pada umumnya banyak ditemukan bersama dengan unsur besi, kandungan mangan di bumi sekitar 1060 ppm dan sekitar 61-1010 ppm yang terdapat di tanah, sehingga diduga tingginya kandungan mangan yang terdapat di setiap sampel disebabkan oleh faktor alami. Semua mangan alami, memiliki isotop stabil mangan-55, dan berada dalam empat modifikasi allotropic; struktur kubik kompleks yang disebut fase alpha, adalah bentuk stabil pada suhu biasa;
Mangan agak menyerupai besi dalam aktivitas kimia pada umumnya (Seran, 2016)
Tinggi rendahnya kadar mangan dalam air tanah dipengaruhi oleh kandungan oksigen yang terdapat dalam air tersebut, sedikitnya kandungan oksigen yang terdapat di dalam air tanah, sehingga membentuk oksida yang menyebabkan unsur mangan semakin terendap dan merubah warna air, kandungan mangan dalam air tanah pada semua sampel disebabkan oleh faktor alami yang berasal dari jenis batuan penyusunnya. Kandungan yang terdapat dalam batuan penyusun berupa sedimen tersebut salah satunya adalah Mangan yang dilepas dari batuan tersebut karena proses pelapukan dengan hasil mineral sekunder terutama pyrolusit (MnO2) dan manganit [MnO(OH)] (Efendi, 2003; Suprayadi, 2015).
Berbagai garam mangan juga memiliki kepentingan komersial: Manganous sulfat (MnSO4) ditambahkan ke dalam tanah untuk mempercepat pertumbuhan tanaman, terutama tanaman jeruk; Selain itu, mangan adalah reduktor yang baik, sangat berguna dalam pembuatan cat dan pernis pengering; Manganous klorida (MnCl2), secara luas digunakan sebagai katalis dalam klorinasi senyawa organik dan sebagai pakan aditif; senyawa kalium permanganat (KMnO4) yang berwarna ungu tua, digunakan untuk desinfektan, penghilang bau, dan pemutihan dan sebagai reagen analitis (Efendi, 2003).
Pengenalan tentang mangan, dapat membantu untuk memahami fungsi dan efek mineral mangan pada tubuh manusia; berbagai sumber mangan mudah ditemukan, karena sekitar 85% jenis makanan yang dikenal manusia mengandung mangan dengan kadar yang tergolong cukup tinggi. Ditambah fakta bahwa tubuh hanya membutuhkan sedikit saja kandungan mangan, sehingga kasus-kasus gangguan kesehatan akibat kondisi kekurangan mangan sangat jarang ditemukan,
kecuali pada beberapa kondisi, misalnya pasien yang baru saja mendapatkan tindakan pembedahan abdominal biasanya akan rentan kekurangan mangan, atau kondisi dimana seseorang mengalami kelebihan zat besi atau magnesium, bisa menyebabkan menurunnya penyerapan mangan oleh tubuh. Beberapa kondisi bisa menyebabkan terjadinya defisiensi, namun jarang sekali bisa ditemukan gangguan yang khusus disebabkan oleh kekurangan mangan; kekurangan asupan mangan juga bisa memicu berbagai masalah kesehatan, diantaranya: obesitas, intoleransi glukosa, gangguan pembekuan darah, masalah kulit, gangguan rangka, perubahan warna rambut, mengakibatkan pertumbuhan terhambat, serta terganggunya sistem saraf dan proses reproduksi (Efendi, 2003; Ashar, 2007).
Umumnya air di alam mengandung mangan yang disebabkan adanya kontak langsung antara air tersebut dengan lapisan tanah yang mengandung mangan (Mn); adanya mangan (Mn) dalam jumlah yang berlebih dalam air, dapat menimbulkan berbagai masalah diantaranya: tidak enaknya rasa air minum, dapat menimbulkan endapan, dan menambah kekeruhan, terutama setelah air disimpan dalam waktu yang lebih dari 24 jam. Konsentrasi mangan pada air tanah dapat menimbulkan rasa atau bau logam pada air tersebut, oleh karena itu untuk air minum kadar mangan yang diperbolehkan yakni ≤ 0,4 mg/L (Menkes, 2010).
2.1.3 Sabut Kelapa
Dalam pengolahan sabut kelapa akan diperoleh debu sabut sebanyak 60- 70% (Thampan, 1981), apabila tidak dimanfaatkan akan menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan. Menurut Thampan (1981) dan Sutater (1998), dari
pengolahan sabut kelapa menjadi serat sabut sebanyak 1 ton akan dihasilkan debu sabut kelapa sebanyak 2 ton; Hasil penelitian secara fisik dan kimia, ternyata debu sabut kelapa memiliki bulk density 0.15, kapasitas menahan air 624.31%, dan berbagai kandungan unsur hara (Sudiarta, 2011).
Sabut kelapa, adalah salah satu biomassa yang mudah didapatkan dan merupakan hasil samping pertanian; komposisi sabut dalam buah kelapa, sekitar 35% dari berat keseluruhan buah kelapa; Sabut kelapa terdiri dari serat (fiber) dan gabus (pitch) yang menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Sabut kelapa terdiri dari: 75% serat dan 25% gabus. Potensi penggunaan serat sabut kelapa sebagai biosorben untuk menghilangkan logam berat dari perairan cukup tinggi, karena serat sabut kelapa mengandung lignin (35% – 45%) dan selulosa (23%–
43%) (Carrijo, dkk, 2002); serat sabut kelapa sangat berpotensi sebagai biosorben, karena mengandung selulosa yang di dalam struktur molekulnya memiliki gugus hidroksil; serta lignin yang mengandung asam fenolat, yang ikut ambil bagian dalam pengikatan logam; Selulosa dan lignin, adalah biopolimer yang berhubungan dengan proses pemisahan logam-logam berat (Sudiarta, 2011).
Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap kemampuan sabut sebagai adsorben, antara lain:
1. Sellulose
Sabut kelapa mengandung ± 43 % selulosa; selulosa merupakan karbohidrat utama yang disintesis oleh tanaman, dan menempati hampir 60% komponen utama penyusun struktur tanaman. Dilihat dari strukturnya, selulosa mempunyai potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap,
karena gugus –OH pada ikatannya dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat; adanya gugus –OH, pada selulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut, dengan demikian selulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar (Atkins, 1997).
Gambar 2.1 Struktur Selulosa (Sukarta, 2008)
2. Lignin
Sabut kelapa mengandung lignin sekitar 20%; Lignin merupakan biopolimer aromatik kompleks yang memiliki berat molekul besar dan terbentuk dari proses polimerisasi polydroxycinnamyl alkohol; Lignin memiliki beberapa gugus fungsional, seperti: aldehida, keton asam, fenol, dan eter, sehingga pada lignin dapat terjadi adsorpsi kimia (Palungkun, 2001; Widjanarko, dkk, 2006).
3. Proses Delignifikasi
Keberadaan lignin dalam sabut kelapa akan menurunkan proses adsorpsi terhadap adsorbat. Karena selulosa terikat pada lignin sebagai lignoselulosa, maka keberadaan lignin akan menghalangi proses transfer ion logam ke sisi aktif adsorben; agar fungsi dari selulosa dapat bekerja dengan optimal, maka
ditambahkan NaOH yang berperan untuk memutus ikatan antara lignin dan selulosa; lignin bebas, lalu berikatan dengan ion Na+, sehingga menjadi terlarut; indikasi reaksi delignifikasi telah terjadi, adalah perubahan warna sabut kelapa menjadi lebih cerah dan filtrat yang dihasilkan berwarna coklat (Safiranti, dkk, 2012; Ibbet, et, al, 2006).
Gambar 2.2 Pemisahan Lignin dan Selulosa (Safrianti, dkk, 2012)
4. Proses Aktifasi
Aktivasi bertujuan untuk memperbesar luas permukaan dengan membuka pori-pori yang tertutup tar, hidrokarbon, dan zat-zat organik lainnya, sehingga memperbesar kapasitas adsorpsi; pada metode pengaktifan secara kimia, adsorben biasanya direndam dalam larutan aktifasi lalu ditiriskan dan dipanaskan pada suhu tinggi (70oC) selama 1 – 2 jam. Beberapa bahan kimia yang dapat digunakan sebagai zat pengaktif, antara lain: H3PO4, NaOH, KOH, Na2SO4, ZnCl2, NH4OH, dan Na2CO3 (Sudiarta, 2011; Udin, 2015; Zuhroh, 2015).
2.1.4 Adsorben
Adsorben, merupakan zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari suatu fase fluida; kebanyakan adsorben adalah bahan-bahan yang berpori, dan adsorpsi berlangsung pada dinding pori atau permukaan partikel adsorben.
Beberapa adsorben yang telah berhasil dikembangkan sebagai adsorben beberapa logam di dalam air, berasal dari bahan-bahan alam dari sisa-sisa biomasa yang tidak terpakai (Widayatno, dkk, 2017); karena selain murah, adsorben tersebut ramah lingkungan; adsorben yang berasal dari bahan alam memiliki kinerja yang baik, serta memerlukan biaya yang lebih terjangkau dari pada adsorben berbasis senyawa anorganik (Putri, dkk, 2018).
Beberapa adsorben yang sering digunakan, diantaranya: kulit kayu, kitosan, lumut, kapas, dan katun. Limbah pertanian, seperti: bekas butir padi, kulit kayu, sabut kelapa, dan serbuk gergaji kayu, telah dipelajari untuk mengetahui efektivitasnya dalam mengikat ion logam berat. Adsorpsi logam berat oleh bahan- bahan tersebut berhubungan dengan protein, karbohidrat, dan senyawa fenol yang memiliki gugus karboksil, hidroksil, sulfat, fosfat dan amino yang dapat mengikat ion (Saputro, dan Retnaningrum, 2016); Lignin, selulosa, dan hemiselulosa, berpotensi sebagai penyerap ion logam, karena gugus hidroksil pada selulosa dan hemiselulosa, akan menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut;
dengan demikian, selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menyerap zat yang bersifat polar daripada zat yang kurang polar (Mandasari, dan Purnomo, 2016).
Adsorpsi, merupakan salah satu cara efektif untuk menyerap kandungan logam atau logam berat terlarut berbahaya yang terdapat dalam air maupun limbah cair, dan sering dilakukan dalam proses penanganan limbah cair industri (Haura, dkk, 2017). Berbagai faktor, seperti: luas permukaan, ukuran pori, jumlah pori, dan adanya gugus fungsi pada permukaan partikel adsorben, akan mempengaruhi kapasitas adsorpsi, hal ini menuntun pada modifikasi adsorben, sehingga adsorben memiliki sifat fisik dan kimia untuk meningkatkan kemampuan pengambilan ion logam dari larutan; Aktivasi bertujuan untuk memodifikasi bagian permukaan adsorben, yang dapat dilakukan dengan cara fisika, fisika-kimia, atau kimia (Mandasari, dan Purnomo, 2016).
2.2 Kerangka Konsep
Gambar 2.3 Bagan Kerangka Konsep Adsorben
sabut kelapa
Waktu kontak adsorben dengan Mn
Kadar mangan (Mn) dalam air
2.3 Definisi Operasional
Tabel 2.2 Definisi Operasional
Variabel Definisi Cara
Ukur
Alat Ukur
Hasil Ukur
Skala Ukur Adsorben
sabut kelapa
Partikel-partikel sabut kelapa kering, mengan- dung lignin, selulosa, dan hemiselulosa, yang berpotensi sebagai penyerap ion mangan (Mn) dalam sampel air
Penim- bangan
Neraca analitik
% Rasio
Waktu kontak
Waktu yang dibutuh- kan oleh adsorben sabut kelapa agar kontak secara maksi- mum dengan mangan dalam sampel air tanah
Visual Stop- watch
menit Rasio
Kadar mangan (Mn) dalam air
Banyaknya mangan dalam sampel air sebelum dan setelah pengolahan dengan adsorben sabut kelapa selama 30 sampai dengan 90 menit
Spektro- foto- metri
Spektro- foto- meter
ppm Rasio
