1
Perindustrian di Indonesia semakin berkembang. Seiring dengan perkembangan industri yang telah memberikan kontribusi dalam peningkatan kualitas hidup manusia, juga terdapat dampak yang ditimbulkan dari limbah industrinya. Salah satu contoh dari dampak industri yaitu pencemaran air oleh logam. Hal tersebut dapat menimbulkan masalah lingkungan karena logam dalam jumlah yang berlebihan sangat berbahaya bagi makhluk hidup. Beberapa logam yang banyak terdapat pada limbah industri adalah Cd, Cr, dan Zn. Industri yang biasanya menghasilkan limbah logam tersebut antara lain industri pupuk, pegeboran minyak, baja, tekstil, PLTU dan sebagainya.
Logam-logam yang mencemari air dapat ditangani dengan cara menurunkan konsentrasi pencemar hingga di bawah ambang batas baku mutu lingkungan sebelum dibuang ke lingkungan. Metode yang umum digunakan adalah metode reduksi, pertukaran ion, osmosis balik, koagulasi, adsorpsi, ekstraksi pelarut,
electrolytic recovery, pengendapan, atau kombinasi dari beberapa metode tersebut
(Mahajan, 2002). Dalam penggunaannya adsorpsi lebih banyak dipilih sebagai metode penghilangan logam pada limbah industri, dibanding dengan metode lain, adsorpsi merupakan cara yang lebih efisien dan ekonomis. Adsorben yang dapat digunakan untuk mengadsorpsi logam antara lain karbon aktif, lempung, alumina aktif, silika, zeolit dan kitosan serta modifikasi dari bahan-bahan tersebut.
Kemampuan kitosan membentuk senyawa komplek dengan logam berat telah mendorong munculnya banyak penelitian seputar adsorpsi logam berat pada kitosan murni dan kitosan termodifikasi. Menurut Ngah dkk. (2002), kemampuan adsorpsi kitosan terhadap logam berat sangat dipengaruhi oleh sifat fisika-kimiawi kitosan. Selain itu, pola isoterm adsorpsi logam berat pada kitosan seperti Langmuir dan Freundlich, sangat dipengaruhi oleh jenis logam berat yang diamati (Ngah dkk., 2002).
Kitosan murni menunjukkan kekuatan mekanis yang rendah. Kitosan sedikit larut pada pH rendah, lunak dan mempunyai kecenderungan untuk menggumpal
atau membentuk gel dalam larutan berair. Oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi terhadap kitosan untuk dapat meningkatkan kemampuannya sebagai adsorben ( Taba dkk., 2010).
Modifikasi kitosan telah banyak dilakukan agar memperoleh efisiensi dalam kemampuan mengadsorpsi logam. Restuti (2012) telah memodifikasi kitosan yang diikatkan dengan p-t-butilkaliks[4]arena. Senyawa p-t-butilkaliks[4]arena mengandung dua bagian struktur yang menarik. Bagian bawah cincin terdapat empat gugus hidroksil dengan posisi yang sangat dekat satu sama lain sehingga dapat digunakan untuk mengikat kation, sedangkan pada bagian atas cincin terdapat rongga hidrofobik yang potensial sebagai pengompleks molekul netral (Loon dkk., 1990). Hasil dari modifikasi Restuti (2012) mempunyai luas area yang lebih besar dari kitosan dan telah diteliti dapat dimanfaatkan sebagai adsorben zat warna. Aplikasi kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena sebagai adsorben zat warna tekstil (Remazol Yellow FG) telah diteliti oleh Hilmiyana (2013), dan dengan zat warna lain (Procion Red MX 8B) juga telah diteliti oleh Hak (2014). Perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang kemampuan kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena dalam mengadsorp logam berat. Pada penelitian ini logam berat yang digunakan sebagai adsorbat yaitu ion logam Cd2+.
Logam kadmium merupakan salah satu kelompok logam mikro yang ditemukan di kerak bumi dengan kelimpahan 0,2 mg/kg. Kadmium (Cd) menjadi populer setelah timbulnya pencemaran air sungai di wilayah Kumamoto Jepang yang menyebabkan keracunan pada manusia. Logam tersebut menyebabkan
Itai-itai disease pada orang disekitar daerah pencemaran. Logam seperti kobal,
mangan, besi, krom dan sebagainya, merupakan logam yang penting dalam sistem biologi makhluk hidup (Darmono, 1995). Namun ketika logam tersebut terakumulasi dalam jumlah yang besar akan dapat membawa dampak racun bagi kehidupan sekitar. Perlu adanya metode yang tepat untuk menangani pencemaran logam. Logam Cd dapat menyerang ikatan sulfur dalam enzim, sehingga enzim bersangkutan menjadi tak aktif. Gugus karboksilat (-COOH) dan amina (-NH2) juga bereaksi dengan logam berat. Logam Cd akan terikat pada sel-sel membran yang menghambat proses transportasi melalui dinding sel. Logam berat juga
mengendapkan senyawa fosfat biologis atau mengkatalis penguraiannya (Manahan, 1977).
Penelitian terdahulu tentang adsorpsi logam Cd telah banyak dilakukan dengan berbagai metode dan penggunaan adsorben yang bermacam-macam. Handayani dkk. (2011) telah meneliti adsorpsi logam Pb, Cd dan Cr menggunakan poli-5-allilkaliks[4]arena tetra asam karboksilat menghasilkan kapasitas maksimum adsorpsi untuk logam Pb, Cd dan Cr berturut-turut adalah 104,04; 61,78; 228,69 μmol/g. Handayani dkk. (2012) meneliti kemampuan adsorpsi dari poli-5-allilkaliks[4]arena tetraester terhadap logam Pb, Cd, Cr menghasilkan kapasitas maksimum adsorpsi berturut-turut 187,63; 45,63; 197,25 μmol/g. Nisa (2013) mengadsorpsi Cd2+ menggunakan adsorben kopoli(eugenol-DVB) terimpregnasi 5-MTAR dan kopoli(eugenol-kopoli(eugenol-DVB) menghasilkan kapasitas maksimum adsorpsi masing-masing sebesar 7,71 dan 5,17 mg/g.
Pada penelitian ini dilakukan adsorpsi ion logam Cd2+ menggunakan adsorben kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena yang dibandingkan dengan kitosan, serta mempelajari kinetika dan isoterm adsorpsinya.
B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah
Limbah industri mengandung logam semakin hari semakin bertambah. Salah satu logam berat yang berbahaya bagi manusia adalah Cd. Perlu adanya penanganan yang tepat untuk mengatasi masalah tersebut. Penanganan terhadap limbah logam Cd dapat dilakukan dengan proses adsorpsi (Mahajan, 2002). Proses adsorpsi dapat dipengaruhi oleh pH, konsentrasi adsorbat, pH, temperatur, dan waktu kontak. Kondisi pH lingkungan diperlukan untuk mengatur suasana yang cocok pada proses adsorpsi yang bergantung pada jenis logam dan jenis adsorben.
Pendekatan model kinetika ditinjau berdasarkan konsentrasi adsorbat pada fasa padat (dalam adsorben). Beberapa model kinetika diantaranya adalah Lagergren, Ho, Hinshelwood, Santosa, Elovich’s equation, second-order rate
satu Lagergren dan orde dua Ho. Istilah untuk membedakan dengan model kinetika yang didasarkan konsentrasi adsorbat pada fasa cair, maka model orde satu Lagergren disebut pseudo orde satu Lagergren dan model orde dua Ho disebut pseudo orde dua Ho (Atkins, 1999).
Kecepatan adsorpsi dipengaruhi oleh energi dan kapasitas adsorpsi yang dapat ditentukan menggunakan isoterm adsorpsi. Tipe adsorpsi ditentukan dengan menghitung isoterm Langmuir dan Freundlich. Tipe adsorpsi akan menggambarkan proses adsorpsi yang terjadi. Isoterm adsorpsi Langmuir menggambarkan hanya sebuah adsorpsi tunggal yang terjadi dan juga digunakan untuk adsorpsi kimia, sedangkan isoterm adsorpsi Freundlich menggambarkan adsorpsi yang terjadi di beberapa lapis dan ikatannya tidak kuat (Barrow, 1988).
2. Batasan Masalah
Pembatasan masalah perlu dilakukan agar penelitian ini tidak meluas dalam pembahasannya. Batasan masalah dalam penelitian ini antara lain:
a. Adsorben yang digunakan adalah kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena hasil sintesis menggunakan metode yang dilakukan Restuti (2012).
b. Adsorbat yang digunakan adalah larutan Cd2+. c. Proses adsorpsi dengan metode batch.
d. Variasi pH yang digunakan yaitu 2; 4; 6; 8;10.
e. Variasi waktu kontak yang dilakukan pada 30; 60; 120; 240; 480 menit. f. Variasi konsentrasi awal larutan Cd2+meliputi 2; 4; 6; 8; 10 ppm. g. Kinetika adsorpsi diujikan pada model kinetika Lagergren dan Ho.
h. Jenis isoterm adsorpsi ditentukan dengan menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich
i. Konsentrasi logam yang teradsorp ditentukan dengan AAS.
j. Karakterisasi adsorben sebelum dan sesudah adsorpsi dilakukan dengan FTIR dan SEM-EDX.
3. Rumusan Masalah
Berdasarkan batasan masalah diatas, maka didapat rumusan masalah sebagai berikut:
a. Berapa pH optimum dan bagaimana pengaruh konsentrasi larutan pada adsorpsi ion logam Cd2+oleh kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena?
b. Bagaimana model kinetika dan berapa konstanta laju adsorpsi ion logam Cd2+oleh kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena?
c. Bagaimana jenis isoterm dan berapa kapasitas maksimum adsorpsi ion logam Cd2+oleh kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena?
C. Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini secara umum adalah untuk mengetahui kemampuan adsorpsi kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena terhadap Cd2+ dibandingkan dengan kitosan. Adapun tujuan khususnya, sebagai berikut:
a. Mengetahui pH optimum dan pengaruh konsentrasi pada adsorpsi ion logam Cd2+oleh kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena.
b. Mengetahui model kinetika adsorpsi ion logam Cd2+ oleh kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena dan menentukan laju adsorpsinya.
c. Mengetahui jenis isoterm adsorpsi ion logam Cd2+ oleh kitosan-p-t-butilkaliks[4]arena dan menentukan kapasitas maksimum adsorpsinya.
D. Manfaat penelitian
Penelitian ini diharapkan bermanfaat dalam ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya dalam bidang adsorpsi. Selain itu juga sebagai alternatif pengembangan dan penerapan teknologi terhadap adsorben logam berat.
