BIOSORPSI ION Ni(II) OLEH KULIT BUAH KOPI ARABIKA (Coffea arabica)
Serly Tandigau, Nursiah La Nafie, Prastawa Budi
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Hasanuddin Kampus Tamalanrea Makassar 90425
Abstrak. Kulit buah kopi arabika merupakan material yang melimpah dan murah. Material ini telah digunakan sebagai adsorben dalam proses biosorpsi untuk penghilangan ion logam Ni(II) dari limbah cair. Biosorpsi ion logam Ni(II) oleh kulit buah kopi arabika dilakukan pada variasi ukuran partikel, waktu kontak, pH dan konsentrasi. Kapasitas adsorpsi ion Ni(II) oleh kulit buah kopi ditentukan dengan menggunakan isotermal adsorpsi Langmuir dan Freundlich. Konsentrasi ion logam Ni(II) sebelum dan setelah adsorpsi ditentukan dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu optimum yang diperoleh adalah 50 menit dan pH optimum adalah 6 dengan menggunakan ukuran partikel 120 mesh. Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa biosorpsi ion logam Ni(II) dengan menggunakan kulit buah kopi arabika sesuai dengan model isotermal Langmuir dengan nilai kapasitas biosorpsi (Qo) yakni sebesar 18,86 mg/g. Gugus fungsi yang terlibat dalam biosorpsi ion logam Ni(II) oleh kulit buah kopi adalah gugus hidroksil (-OH).
Kata Kunci : Biosorpsi, SSA, Isotermal Adsorpsi, Ni(II), Kulit Buah Kopi Arabika ABSTRACT. Arabica coffee fruit peel is a material that is abundant and cheap. The material has been used as an adsorbent in the biosorption process for the removal of metal ions of Ni(II) from wastewater. Biosorption of Ni(II) ion by dragon fruit peel was done on the variation of particle size, variation of contact time, pH and concentration. Adsorption capacity was studied by both isotherm adsorptions of Langmuir and Freundlich. The concentration of metal ions Ni(II) before and after adsorption was determined using Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). Results showed that the optimum time was 50 minutes and the optimum pH was 6 with 120 mesh of particle size of biosorption. Results showed that the biosorption of Ni(II) ion using Arabica coffee fruit peel fullfilled the isotherm Langmuir model with the biosorption capacity (Qo) of 18.86 mg/g. The functional group involved in metal ion biosorption of Ni(II) by the peel of coffee fruit is a hydroxyl group (-OH).
Keyword : Biosorption, AAS, Adsorption Isotherm, Ni(II), Arabica Coffee Fruit Peel.
PENDAHULUAN
Pertumbuhan penduduk dunia yang sangat cepat dan perkembangan industri yang makin pesat menyebabkan makin banyak bahan buangan yang bersifat racun yang dibuang ke lingkungan. Bahan-bahan buangan ini yang nantinya menjadi limbah dan mencemari lingkungan dalam jumlah yang sulit dikontrol secara tepat. Zat-zat pencemar lebih didominasi oleh bahan buangan logam berat salah satunya adalah Nikel (Tangio, 2013).
Nikel (Ni) merupakan salah satu logam berat, yang banyak digunakan pada peralatan dapur (sendok dan peralatan memasak), ornamen-ornamen rumah dan gedung, serta komponen industri. Selain sebagai logam esensial, nikel juga memiliki efek berbahaya (Axtell dkk., 2003). Nikel lebih beracun pada tumbuhan. Ambang batas nikel dalam air minum adalah 0,04 mg/L (Suhendrayatna, 2001).
Pada dasarnya logam berat dalam air buangan dapat dipisahkan dengan berbagai cara, yaitu cara fisika dan kimia (Wisjnuprapto, 1996 dalam Soeprijanto dkk, 2005). Pengolahan secara fisika yang umumnya dilakukan dengan cara adsorpsi misalnya dengan karbon aktif dan penyaringan membran. Metode lain yang digunakan seperti oksidasi/reduksi, penukaran ion, filtrasi, penguapan, osmosis balik dan ekstraksi. Tetapi teknik-teknik atau metode ini memiliki kekurangan seperti pengikatan logam yang tidak sempurna, membutuhkan banyak bahan kimia serta energi, dan menghasilkan produk endapan dan air beracun sebagai hasil sampingan (Vierra dan Volesky, 2000). Sedangkan pengolahan secara biologi atau biosorpsi dilakukan
dengan cara memanfaatkan kemampuan akumulasi logam berat oleh mikroorganisme (Soeprijanto dkk., 2005).
Biosorpsi merupakan alternatif untuk menyerap logam berat karena adanya komponen material biologi yang memiliki kapasitas pengikatan yang besar (Kratochvil dkk., 1998 dalam Nova dkk., 2012). Biosorpsi merupakan proses penyerapan analit oleh biomassa. Biosorpsi memanfaatkan kemampuan material biologis untuk mengakumulasikan logam berat dari larutan secara metabolisme ataupun fisik-kimiawi (Diantariani dkk., 2008).
Beberapa biomaterial sangat berpotensi sebagai penyerap logam berat umumnya berasal dari limbah pertanian. Aslam dkk (2010) membuktikan bahwa daun peepal (Ficus Religiosa) yang mengandung gugus karboksilat, hidroksil, dan amino dapat mengikat logam Nikel. Pada tahun 2010, Raj dkk., membuktikan asam amino dari biji kelor dapat mengadsorpsi ion Ni(II). Hasar (2002) melaporkan kulit batang bakau yang mengandung polisakarida, lignin, polifenol, dan asam hidroksida juga telah dibuktikan sebagai penyerap ion Cu(II) dan Ni(II). Kulit semangka yang memilikki kandungan pektin, selulosa dan protein mampu menjadi adsorben logam Ni2+ dan Co2+ (Lakshmipathy dan sarada, 2013).
Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung gugus-gugus fungsional dapat diolah lebih lanjut sebagai adsorben yang dapat digunakan untuk menyerap logam berat dari perairan. Kulit buah kopi Arabika (Coffea arabica) merupakan limbah hasil pertanian yang
keberadaannya sangat banyak. Di perkebunan kopi, limbah padat kulit buah kopi belum dimanfaatkan secara optimal.
Kulit kopi merupakan hasil ikutan panen yang selama ini menjadi sampah dan hanya dijadikan bahan organik serta pakan ternak (Budiari, 2014). Nuraini (2012) dalam Disafitri (2012) mengungkapkan bahwa kulit buah kopi Arabika mengandung selulosa, dan lignin yang berpotensi mengikat logam berat seperti logam nikel dari larutan. Senyawa-senyawa yang terkandung dalam kulit buah kopi Arabika mengandung gugus –OH dan –COOH. Gugus- gugus aktif tersebut jika ditinjau dari Hard Soft Acid Base (HSAB) digolongkan sebagai basa keras sementara logam Ni(II) dikategorikan sebagai asam borderline.
BAHAN DAN METODE Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah kulit buah kopi Arabika (Coffea arabica), Ni(NO3)2.6H2O, akuades, kertas saring Whatman 42, kertas saring biasa, kertas label, dan pH universal. Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah alat-alat gelas yang umumnya digunakan di laboratorium, Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) buck scientific model 205 VGP, neraca analitik, oven, magnetic stirrer, ayakan ukuran 60, 80, 120 dan 150 mesh, stopwatch, desikator dan spektrofotometer FT-IR Shimadzu prestige 21.
PROSEDUR
Penyiapan Biosorben Kulit Kopi Arabika (Coffea arabica)
Kulit buah kopi Arabika yang telah diambil di cuci dengan air bersih untuk menghilangkan kotoran dan partikel-partikel lain. Kemudian kulit kopi Arabika dicuci lagi dengan akuades hinggga bersih kemudian ditiriskan. Kulit buah kopi dikeringkan dengan suhu ruangan. Kulit kopi Arabika yang sudah kering selanjutnya digiling dan diayak dengan saringan variasi 60, 80, 120 dan 150 mesh. Serbuk kulit buah kopi Arabika yang bersih disimpan dalam oven 80 oC selama 24 jam lalu disimpan dalam desikator sebelum ditimbang.
Pembuatan Larutan Baku Ni(II) 100 mg/L
Untuk pembuatan larutan baku Ni(II) 1000 mg/L dilakukan dengan cara Ni(NO3)2.6H2O ditimbang sebanyak 4,9564 gram, kemudian dilarutkan dengan akuabides hingga volume 1 L. Selanjutnya, larutan baku Ni(II) 1000 mg/L dipipet 100 mL dan diencerkan sampai volume 1 L untuk membuat larutan baku 100 mg/L.
Penentuan pengaruh ukuran partikel terhadap biosorpsi ion Ni(II) oleh kulit buah kopi Arabika (Coffea arabica)
Serbuk kulit buah kopi Arabika dengan variasi ukuran 60 mesh, 80 mesh, 120 dan 150 mesh dimasukkan masing-masing sebanyak 0,2 gram ke dalam 4 buah erlenmeyer ukuran 100 mL, selanjutnya dimasukkan secara berturut-turut 50 mL larutan ion logam Ni(II) dengan konsentrasi 100 mg/L pada pH 5,1. Campuran tersebut diaduk selama 10 menit
kemudian disaring dan filtratnya dikumpul untuk diukur kadar Ni(II) dengan AAS. Kadar Ni(II) dalam larutan Ni(II) sebelum adsorpsi juga diukur. Setiap percobaan dilakukan secara duplo. Percobaan blanko dilakukan seperti di atas tetapi tanpa pengadukan.
Penentuan Waktu Optimum Biosorpsi Ion Ni (II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
Serbuk kulit buah kopi Arabika yang bersih dan kering dimasukkan masing-masing sebanyak 0,2 gram ke dalam 10 buah labu Erlenmeyer ukuran 100 mL dan ditambahkan 50 mL larutan Ni(II) dengan konsentrasi 100 mg/L dan dikocok dengan menggunakan magnetic stirrer selama 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, dan 90 menit. Kemudian campuran disaring dan filtratnya ditampung untuk diukur kadar nikelnya (Ni2+) dengan SSA. Setiap percobaan dilakukan 2 kali pengulangan. Percobaan blanko dilakukan seperti di atas tetapi tanpa pengadukan. Waktu optimum adalah dimana konsentrasi adsorpsi (Cadsorpsi) terbesar .
Penentuan pH Optimum Biosorpsi Ion Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika(Coffea arabica)
Serbuk kulit kopi Arabika (Coffea arabica) sebanyak 0,2 gram ditambahkan ke dalam 50 mL larutan ion logam Ni(II) dengan konsentrasi 100 mg/L pada pH 2. Campuran dikocok selama waktu optimum dan disaring. Absorbansi filtrat diukur dengan AAS. Percobaan diulang dengan pH berbeda masing-masing 3, 4, 5, 6 dan 7. Percobaan blanko dilakukan seperti di atas tetapi tanpa pengocokan. pH optimum adalah pH
dimana konsentrasi teradsorpsi (Cadsorpsi) terbesar.
Penentuan Kapasitas Biosorpsi Ion Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
Serbuk kulit buah kopi Arabika yang bersih dan kering dimasukkan masing-masing sebanyak 0,2 gram ke dalam 6 buah Erlenmeyer ukuran 100 mL, selanjutnya dimasukkan secara berturut-turut 50 mL larutan ion logam Ni(II) dengan konsentrasi 50, 100, 150, 200, 250, dan 300 mg/L. Campuran tersebut dikocok selama waktu dan pH optimum, kemudian disaring dan filtratnya dikumpul untuk diukur kadar nikelnya (Ni2+) dengan AAS. Kadar Ni(II) dalam larutan Ni(II) sebelum adsorpsi juga diukur. Dilakukan secara duplo. Percobaan blanko dilakukan seperti di atas tetapi tanpa pengocokan. Analisis FT-IR
Biosorben kulit buah kopi Arabika sebelum dan setelah ditambah dengan larutan Ni(II) konsentrasi 100 mg/L dengan pH dan waktu optimum dan dikeringkan pada suhu 50 oC lalu dianalisi dengan FT-IR (Fourier Transform Infra Red). Sampel digeruskan dengan KBr dalam mortar menggunakan perbandingan massa 1:10. Hasil campuran dimasukkan ke dalam tempat khusus berbentuk bulat kemudian divakumkan untuk melepaskan air. Campuran dipres beberapa saat (10 menit) pada tekanan 72 Torr (8 hingga 20 ton per satuan luas) untuk menghasilkan bulatan tipis. Pembacaan spectra data IR menggunakan software Grams Research.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Biosorpsi Ion Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
Gambar 1 menunjukkan bahwa jumlah ion logam Ni(II) yang terserap ukuran partikel 60 mesh yaitu 13.06 mg/g. Jumlah ini terus meningkat seiring dengan makin kecilnya ukuran partikel yang diberikan. Pada ukuran partikel 120
mesh jumlah ion Ni(II) yang teradsorpsi sebesar 16,51mg/g.
Gambar 1.Pengaruh Ukuran partikel terhadap jumlah ion Ni(II) yang diadsorpsi oleh kulit buah kopi Arabika.
Selanjutnya kapasitas biosorpsi kulit kopi pada 150 mesh penyerapannya sebesar 16,61 mg/g. Pengujian pada ukuran partikel kulit buah kopi yang kecil menyebabkan tingginya logam Ni yang terserap. Hal ini terjadi karena semakin kecil ukuran partikel kulit buah kopi, semakin banyak bahan terlarut yang tersaring, sehingga kandungan anion maupun kation semakin cepat bereaksi dengan logam-logam yang terkandung didalam adsorben (Nurhayati, 2011 dalam wibowo, A dan Ardian, P., 2013 ).
Semakin kecil ukuran diameter adsorben, persentase
penurunan kadar Ni(II) semakin besar. Hal ini disebabkan karena semakin kecil ukuran diameter adsorben berarti luas permukaan kontak antara adsorben dengan ion logam Ni(II) semakin besar. Selain itu, luas permukaan juga berbanding lurus dengan banyak pori yang dimiliki per satuan partikel adsorben (Aji, dkk, 2012).
Berdasarkan jumlah efektivitas penyerapan yang memperlihatkan persentase penyerapan untuk ukuran 120 dengan 150 yang selisih persentasenya sangat kecil. Penelitian lebih lanjut digunakan 12 13 14 15 16 17 18 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 ju m la h N i( II ) ya ng d ia d so rp si (q e, m g/ g) Ukuran (mesh)
ukuran partikel 120 mesh dengan kapasitas sebesar 16,51 mg/g, selain memudahkan dalam proses penyaringan juga untuk menghindari terjadinya peristiwa agregasi.
Pengaruh Waktu Optimum Biosorpsi Ion Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
.
Gambar 2. Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi ion Ni2+ oleh adsorben kulit buah Kopi Arabika.
Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa jumlah ion Ni(II) yang terserap pada menit 10 adalah 14.53 mg/g. Jumlah ini terus meningkat hingga mencapai batas optimum dengan jumlah ion teradsorpsi sebesar 16.12 mg/g pada menit ke-50. Kemampuan adsorpsi logam Ni(II) menjadi turun mendekati titik jenuh setelah melewati 50 menit. Kondisi ini sesuai teori bahwa semakin lama waktu kontak antara adsorben dengan zat terlarut maka akan semakin banyak zat terlarut yang teradsorpsi. Akan tetapi, jumlah zat terlarut yang teradsorpsi akan mencapai batas optimum pada waktu tertentu, Hal ini menunjukkan bahwa sisi aktif dari permukaan kulit buah kopi sudah jenuh. Terjadinya penurunan kapasitas adsorpsi setelah waktu optimum dapat juga disebabkan oleh proses desorpsi
yang menunjukkan terjadinya adsorpsi secara reversible (Ekmekyapar, dkk, 2006).
Hal yang sama dilaporkan oleh Effendi (2015) yang menggunakan arang sekam padi yang teraktivasi untuk mengadsorpsi logam Ni(II) dan Pb (II). Dimana waktu kontak optimum pada 50 menit Amaliah, dkk (2012) dalam penelitian pemanfaatan karang sebagai biosorben ion logam Ni(II) memperoleh waktu optimum 90 menit. Krishna dan Swamy (2011) dalam penelitian adsorpsi logam Ni(II) dengan menggunakan biji pepaya diperoleh waktu kontak 90 menit. Abbasi, dkk (2013) memperoleh waktu kontak optimum 30 menit dalam penelitian penyerapan logam Co2+dan Ni2+dari perairan dengan menggunakan kulit pisang. Waktu kontak optimum 14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.6 15.8 16 16.2 0 20 40 60 80 100 ju m la h N i( II ) ya n g d ia ds or p si (q e, m g/ g) waktu (menit)
biosorpsi logam Ni(II) pada beberapa penelitian menunjukkan hasil yang berbeda-beda, bergantung pada jenis biosorben yang digunakan.
Pengaruh pH Terhadap Biosorpsi Ion Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
Penentuan pH optimum dilakukan untuk mengetahui pH interaksi dimana biosorben menyerap Ni(II) secara maksimum.
Gambar 3.Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi ion Ni2+ oleh adsorben kulit buah Kopi Arabika.
Gambar 3 menunjukkan bahwa pada pH rendah jumlah ion Ni(II) yang teradsorpsi oleh kulit buah kopi sangat kecil 2,21 mg/g. Hal ini disebabkan karena pada pH rendah ion H+ berkompetisi dengan kation logam Ni2+ untuk berikatan dengan gugus aktif pada adsorben (Ahmad dkk., 2009). Jumlah ini terus meningkat hingga mencapai batas optimum dengan jumlah ion teradsorpsi sebesar 14,91 mg/g pada pH 6. Terjadinya peningkatan ini disebabkan karena semakin besar pH, maka gugus-gugus aktif adsorben mengalami deprotonasi dan memiliki muatan negatif yaitu ion OH- yang sangat reaktif terhadap logam sehingga logam yang teradsorpsi semakin besar.
Pada pH 7 konsentrasi Ni yang teradsorpsi menurun. Hal ini
kemungkinan disebabkan karena pada keadaan ini terjadi kesetimbangan situs aktif biomassa dengan ion logam dan pada kondisi ini kemungkinan disebabkan terjadi endapan. Ion Ni(II) membentuk endapan dengan ion OH- dalam bentuk ikatan Ni(OH)2. Akibat adanya pengendapan ini, ion Ni(II) yang ada dalam larutan berkurang sehingga jumlah yang diadsorpsi juga berkurang.
Hal yang sama dilaporkan oleh Amaliah, dalam penelitian pemanfaatan karang sebagai biosorben ion logam Ni(II) dengan kapasitas adsorpsi maksimum pada pH 6. Penggunaan arang aktif dari kulit biji kopi untuk mengadsopri zat warna Methylene blue juga optimal pada pH 6 dan Naphthol yellow optimal pada pH 2 (Purnomo, 2010). 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 2 3 4 5 6 7 8 ju m la h N i( II ) ya ng d ia d so rp si ( q e, m g/ g) pH
Mildayati (2009) melaporkan biosorpsi logam Ni(II) optimum pada pH 5 dengan menggunakan ampas sagu. Malimongan (2015) melaporkan pemanfaatan kulit buah coklat sebagai biosorben ion logam Ni(II) dengan kapasitas adsorpsi optimum pada pH 5. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh Shofiyani dan Gusrizal (2006) bahwa adsorpsi Ni(II) terjadi secara optimum pada rentang media
keasaman yang cukup luas yakni pada pH 5-9.
Oleh karena jumlah ion Ni(II) yang diadsorpsi oleh kulit buah kopi Arabika (Coffea arabica) maksimum pada pH 6, penelitian lebih lanjut untuk menentukan kapasitas adsorpsi dilakukan pada pH tersebut.
Kapasitas Adsorpsi Ion Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
Gambar 4. Jumlah ion Ni(II) yang diadsorpsi sebagai fungsi konsentrasi pada waktu 50 menit dan pH 6.
Gambar diatas menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi maka jumlah ion Ni (II) yang diadsorpsi oleh kulit buah kopi semakin besar dan kemudian cenderung tetap yang diakibatkan oleh biosorben yang telah mengalami kejenuhan. Hal ini seperti yang dilaporkan oleh amini (2008) dan Dilek (2001), yang menyatakan bahwa jumlah ion logam yang diadsorpsi oleh biosorben akan
semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi suatu larutan selama sisi ikatan belum jenuh.
Untuk mengetahui kapasitas biosorpsi ion Ni(II) oleh Kulit buah Kopi Arabika (Coffea arabica), maka digunakan persamaan Langmuir dan persamaan Freundlich. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6. 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 50 100 150 200 250 300 350 Ju m la h N i( II ) ya n g d ia d so rp si () q e, m g/ g Konsentrasi
Gambar 5. Isotermal Langmuir untuk biosorpsi ion Ni(II) oleh kulit buah kopi arabika (Coffea arabica)
Gambar 6. Isotermal Freundlich untuk biosorpsi ion Ni(II) oleh kulit buah kopi arabika (Coffea arabica)
Model isotermal adsorpsi yang sesuai dapat dilihat dengan cara membandingkan nilai garis kuadrat terkecil. Gambar 5 dan 6 menunjukkan bahwa adsorpsi ion Ni(II) oleh kulit bauh kopi arabika (Coffea arabica) lebih sesuai dengan isotermal langmuir. Hal ini dapat dilihat dari koefisien korelasi R2 dengan nilai paling besar (mendekati
1) yaitu 0,962 sedangkan pada isotermal adsorpsi Freundlich diperoleh R2sebesar 0,910. Intercept dan slope isotermal dari adsorpsi Langmuir memberikan nilai kapasitas biosorpsi (Qo) sebesar 18,86 mg/g atau 0,31 mmol/g dan b (intensitas biosorpsi) sebesar 0,061 L/mg. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 20 40 60 80 100 120 140 C e/ q e Ce y = 0.053x + 0.856 R² = 0.962 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 L og q e Log Ce y = 0.214x + 0.753 R² = 0.910
Isotermal Langmuir mengasumsikan bahwa situs-situs aktif yang terdapat pada permukaan adsorben adalah homogen dimana situs aktif dan energi yang terjadi adalah sama, interaksi antara adsorben dan adsorbat terjadi pada lapisan pertama atau disebut lapis tunggal (monolayer) pada permukaan adsorben sehingga terjadi ikatan kuat antara situs aktif dengan Ni(II).
Menurut Kojima dan Lee (2001) dalam Pravasant dkk (2005), adsorben yang berbeda memberikan karakteristik adsorpsi yang berbeda pula. Oleh karena itu, kesesuaian dari isotermal adsorpsi bergantung pada biosorben yang digunakan.
Penentuan Gugus Fungsi yang Terlibat dalam Biosorpsi Ion Logam Ni(II) oleh Kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica)
Penentuan gugus fungsi yang berperan aktif dalam kulit buah kopi arabika (Coffea arabica) ditentukan dengan menggunakan FTIR. Serbuk kulit buah kopi sebelum dan setelah adsorpsi dianalisis dengan mengunakan FTIR. Interaksi antara ion Ni(II) dengan kulit buah kopi Arabika (Coffea arabica) dapat telihat pada spektrum hasil pembacaan spektroskopi IR.
Menurut Pavasant, dkk (2005), dalam membandingkan antara sampel sebelum dan sesudah adsorpsi, dapat dilihat dari adanya pergeseran yang >10 cm-1. Pergeseran ini memperlihatkan adanya proses pengikatan logam pada permukaan sampel yag digunakan. Gambar 7 menunjukkan spektrum FTIR dari kulit buah kopi Arabika sebelum dan sesudah adsorpsi.
Gambar 7. Spektrum Hasil Analisa FT-IR Biosorben kulit Buah Kopi Arabika (Coffea arabica) (a) Sebelum Kontak dengan Ion Ni(II) dan (b) Setelah Kontak dengan Logam Ni (II)
(a)
Kedua Gambar spektrum FTIR diatas tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Data
karakterisasi adsorben Kulit buah kopi sebelum dan sesudah adsorpsi dapat ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Karakterisasi spektra FT-IR pada adsorben kulit buah Kopi Arabika sebelum dan sesudah adsorpsi
Puncak
IR Puncak Adsorpsi (cm
-1)
Keterangan Sebelum adsorpsi Setelah Adsorpsi
1 3396,64 3412,08 Ikatan gugus –OH
2 2926,01 2926,01 Vibrasi –CH 3 1734,01 1730,15 C=O 4 1413,82 1420,25 Tekukan CH2 5 1381,03 1375,25 C-H 6 1249,87 1247,94 Uluran C-O 7 767,67 769,60 Tekukan O-H 8 536,21 540,07 Uluran C-C Sumber : Zahroh, 2010.
Pada Spektra FTIR biomassa kulit buah Kopi setelah diinteraksikan dengan Ni(II) seperti pada Gambar 7(b), terlihat bahwa beberapa serapan mengalami pergeseran bilangan gelombang. Hal ini terlihat pada pergeseran bilangan gelombang dari 3396,64 cm-1 dan 1413, 82 cm-1. Pada serapan tersebut mengalami selisih pergeseran bilangan gelombang yang lebih besar dibandingkan serapan yang lain. Pergeseran bilangan gelombang dari 3396,64 cm-1 menjadi 3412,08 cm-1 (ulur-OH). Hal ini menunjukkan adanya interaksi ion Ni(II) dengan gugus fungsi hidroksil (-OH) yang terdapat dalam kulit buah kopi Arabika. Bilangan gelombang pada daerah 2926 cm -1 menunjukkan adanya vibrasi –CH dari gugus alkil dari selulosa. Bilangan gelombang 1413 cm-1 menunjukkan formasi dari CH2pada struktur monomer selulosa. Diperkuat pula oleh perubahan
formasi gugus CH pada bilangan gelombang 1381,03 cm-1.
Untuk membentuk kompleks, orbital kosong pada 4s2 mengalami hibridisasi menyediakan 4 orbital yaitu di 4s dan 4p, kemudian diisi oleh 4 pasang elektron yang berasal dari gugus hidroksil (–OH) sebagai ligan yang menempati satu orbital 3d, satu di orbital 4s dan dua orbital 4p.
Berdasarkan Gambar 7, spektrum FTIR puncak (-OH) tidak hilang tetapi hanya bergeser saja, dapat disimpulkankan bahwa ikatan yang terjadi merupakan ikatan kovalen koordinasi. Kemudian pergeseran bilangan gelombang menjadi lebih besar, menunjukkan makin kuat ikatan yang terjadi (Tannasal, 2015).
Energi Total= 74,029 kkal/mol
Gambar 8. Gugus Hidroksil –OH Yang tidak terhalangi efek sterik
Gambar 9. gugus Hidroksil –OH yang terhalangi efek sterik Energi Total= 104.602 kkal/mol
Melihat hasil FT-IR pada Gambar 7, maka diperkirakan ada ikatan antara gugus fungsi hidroksil (–OH) yang berasal dari lignin maupun selulosa dengan ion Ni(II) karena adanya gugus hidroksil (– OH) pada selulosa dan lignin yang tidak terhalangi oleh efek sterik sementara pada pektin gugus hidroksilnya terhalangi oleh adanya efek sterik dan juga gugus (–OH) pada pektin yang berasal dari gugus (–COOH), oksigen pada gugus
(–OH) dan pada gugus (–CO) memiliki kemampuan yang sama besar untuk menarik elektron karena adanya efek konjugasi sehingga kemungkinan yang bergeser adalah gugus (–CO) (Tannasal, 2015). Gugus –OH tanpa sterik dapat dilihat pada Gambar 8 dan rintangan sterik pada gugus –OH dapat dilihat pada Gambar 9.
Perkiraan bentuk interaksi yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 10. O O H H O CH2 H OH H OH H O H OH CH2OH H H H OH OH HO OH O OCH3 H3CO O H H O CH2OH H OH H OH H O H OH CH2 H H H OHH O OH OH OH O OCH3 OCH3 Ni2+ H OH OH OH HO Sumber : La Nafie dkk.,2012 Gambar 10. Bentuk Interaksi antara ion Ni(II) dengan Lignin dan selulosa (reaksi
ini diadopsi dari bentuk reaksi antara logam Cd(II) dengan Serbuk Kayu Meranti Merah)
KESIMPULAN
Adsorpsi ion Ni(II) dengan serbuk kulit buah kopi Arabika (Coffea arabica) optimum pada 120
mesh dengan waktu optimum 50 menit dan pH optimum 6. Biosorpsi ion Ni(II) oleh kulit buah kopi Arabika memenuhi isotermal Langmuir dengan nilai Qo sebesar
18,86 mg/g atau 0,31 mmol/g. Gugus fungsi yang terlibat pada biosorpsi ion Ni(II) oleh kulit buah kopi Arabika yaitu gugus hidroksil (-OH).
DAFTAR PUSTAKA
Abbasi, Z., dkk., 2013, Adsorptive Removal of Co2+and Ni2+by Peels of Banana from aqueous Solution, Universal Journal of Chemistry 1(3): 90-95. Ahalya, N., Kanamadi, R.D., Ramachandra, T.V., 2008, Biosorption of Chromium(VI) by Tamarindus Indica Pod Shells, Journal of Environmental Science research international 1 (2): 77-81. Ahalya, N., Ramachandra, T.V., Kanamadi, R.D., 2003, Biosorption of Heavy Metals, Research Journal of Chemistry and Environment, 4 (7).
Ahmad, F., 2009, Tingkat Pencemaran Logam Berat dalam Air Laut dan Sedimen Di Perairan Pulau Muna, Kabaena, dan Buton Sulawesi Tenggara, Makara, Sains 13 (2): 117-124.
Ahmad, A., Rafatullal, M., Sulaiman, O., Ibrahim, M.H., Chii, Y.Y., and Siddique, B.M., 2009, Removal of Cu(II) and Pb(II) ions from aqueous solutions by adsorption on sawdust of Meranti wood, Desalination, 250: 300-310. Axtell, N.R., Sternberg, S.P.K dan
Claussen, K., 2003, Lead and Nickel Removal using Microspora and Lemna
minor, Bioresour. Technol, 89: 41-48.
Babarinde, A., Babalola, J.O., Ashidi, J., Adegoke, J., Osundeko, A., Nworie, C.D., Nwaeze, U.B., dan Obadina, M.S., 2013, Kinetic and Thermodynamic Parameters for The Biosorption of Ni(II), Cr(III), and Co(II) from Solutions using Cocoa (Theobroma cacao) Leaf, The Pacific J. of Sci. Tech., 14 (1): 283-294.
Borba, C.E., Guirardello, R., Sva, E.A., Veit, M.T., dan Tavares, C.R.G., 2006, Removal of Nickel (II) Ions From Aqueous Solution By Biosorption In A Fixed Bed Coloum ; Experimental And The Theoretical Break Through Curves, Biochem Eng. J., 30: 184-191.
Das, N., Karthika, P., Vimala, R., Vinodhini, V., 2008, Use of Natural Products as Biosorbent of Heavy Metals : An Overview, Natural Product Radiance 7(2): 133-138.
Davies, F.TJ., Puryear, J.D.,Newton, R. J., Egilla, J.N.,Saraiva Grossi, J.A., 2002, Mycorrhizal Fungi Increase Chromium Uptake By Sunflower Plants: Influence on Tissue Mineral Concentration, Growth and Gas Exchang, Journal of Plant Nutrition 11 (25): 2389-2407.
Diantariani, N.P., Sudiarta, I.W., dan Elantiani, N.K., 2008, Proses Biosorpsi dan Desorpsi Ion Cr(VI) pada Biosorben Rumput Laut Euscheuma
spinosium, Jurnal Kimia, 2 (1): 45-52.
Effendi, 2015, Adsorbsi Logam Ni(II) dan Pb(II) dengan Menggunakan Arang Sekam Padi yang Teraktivasi H3PO4,
skripsi, Fakultas Sains dan teknologi, Universitas Islam sunan Kalijaga, Yogyakarta. Ekmekyapar, F., Ali, A., Kemal
Y.B., Avni C., 2006, Biosorption of copper (II) by Non Living Lichen Biomass of Cladonia rangiformis hoffm, J. Ha. Mate. B, 137(1): 293-298.
Sayed, G., Dessouki, H., dan Ibrahim, S., 2010, Biosorption of Ni(II) and Cd(II) Ions from Aqueous Solution Onto Rice Straw, Chemical Science Journal, 1-11.
Sembodo, B.S.T., 2006, Model Kinetika Langmuir untuk Adsorpsi Timbal pada Abu Sekam Padi, Ekuilibrium, 5 (1): 28-33.
Shofiyani,S., dan Gusrizal, 2006, Pengaruh pH dan Penentuan Kapasitas Adsorpsi Logam Berat Pada Biomassa Eceng Gondok (Eichhornia crassipes), indo.J.Chem, 6 (1): 56-60.
Simanihuruk, K., dan Sirait, J., 2010, Silase Kulit Buah Kopi Sebagai Pakan Dasar Pada Kambing Boerka Sedang Tumbuh, Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner,: 557-566.
Soeprijanto, Elsony, A., Sulistyowati, E., 2005, Kinetika biosorpsi ion logam berat Cr(VI) menggunakan biomassa Saccharomyces cerevisiae, Jurnal teknik
kimia Indonesia, 4 (1): 183-190.
Suardana, I. N., 2008, Optimalisai Daya Adsorpsi Zeolit Terhadap Ion Kromium(III), Jurnal Penelitian dan pengembangan Sains & Humaniora, 2 (1): 17-33. Suprihatin dan Erriek, A., 2009,
Biosorpsi Logam Cu(II) dan Cr(VI ) Pada Limbah Elektroplating Dengan Menggunakan Biomasa Phanerochaete
chrysosporium, Jurnal tekik Kimia,4(1) : 250-254.
Svehla, G., 1990,Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro, diterjemahkan oleh Setiono dan Hadyana, P.T Kalman Media Pustaka, Jakarta .
Tanasal, A.M., Nafie, N., dan Taba, P., 2015, Biosorpsi ion logam Cd(II) oleh kulit Buah Naga (Hylocereus polyrhizus), Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas MIPA, Universitas Hasanuddin.
Vierra, R.H.S.F. dan Volesky, B., 2000, Biosorption: Solution To Pollution, Internal Microbiol, 3:17-24. Vinodhini, V., Das, N., 2009, Mechanism of Cr(VI) Biosorption by Nemm Sawdust , American-Eurasian Journal of Scientific Research 4 (4): 324-329.
Widaningrum, Maskiyah dan Suismono, 2007, Bahaya Kontaminasi Logam Berat Dalam Sayuran Dan Alternatif Pencegahan Pencemarannya, Buletin Teknologi Pascapanen Pertanian, 3: 16-27.
Wong, W.W., Phuah, E.T., Al-Kharkhi, A., Liong M.T., Nadiah, Rosma W.A., and Easa A.M., 2008, Biosorbent Ingradients from Durian Rind Waste, School of Industrial Technology, University Sains Malaysia, Penang.
Yesuf, Y.K., 2010, Chemical Composition and in Vitro Digestibility of Coffee Pulp and Coffee Husk Ensiled with Grass (Hyperchennia Hirta) Hay
and Effective
Microorganism, Tesis tidak dipublikasikan, Jimma University, College of Agriculture, and Veterinary Medicine and Centre for Development and Environment (CDE), Swiss. Wibowo, A.Y., Putra, A., 2013,
Pengaruh Ukuran Partikel Batu Apung Terhadap Kemampuan Serapan Cairan Limbah Logam Berat, Jurnal Fisika, 2(3), Issnn 2302-8491, 155-161.
