Bab IV. Hasil dan Pembahasan
Penelitian penurunan intensitas warna air gambut ini dilakukan menggunakan cangkang telur dengan ukuran partikel 75 – 125 mesh. Cangkang telur yang digunakan adalah bagian cangkang terkalsinasi yang telah dipisahkan dari membrannya. Bagian ini dikenal sebagai lapisan palisade 8 .
Penyusun utama lapisan palisade (sebesar 95%) adalah CaCO 3 dalam bentuk kalsit. Sisanya sebanyak 2-3% merupakan matriks organik yang tertanam di dalamnya. Bagian paling luar dari lapisan ini dikenal sebagai kutikula. Kandungan terbesar pada kutikula adalah pigmen cangkang telur. Bagian dalam kutikula tersusun atas lapisan film tipis kristal hidroksiapatit 8 . Gambar IV.1 menunjukkan hasil foto SEM (Scanning Electron Micrographs) lapisan palisade cangkang telur yang dipakai pada penelitian ini.
Gambar IV. 1 Foto SEM potongan melintang cangkang telur (perbesaran 1500 kali).
Dari foto SEM tersebut terlihat bahwa lapisan palisade cangkang telur memiliki pori sehingga diharapkan senyawa asam humus dapat teradsorpsi pada pori ini.
Untuk mengetahui kandungan organik pada lapisan palisade cangkang telur
dilakukan analisis menggunakan FTIR dengan hasil seperti pada Gambar IV.2:
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 3500 4000 4500
1/cm -15
0 15 30 45 60 75 90 105
%T
3427.51 2980.02 2873.94 2515.18 2374.37 1797.66 1425.40 1083.99 875.68 711.73
Cangkangtelur
Gambar IV. 2 Spektrum IR lapisan palisade cangkang telur.
Spektrum di atas menunjukkan bahwa pada lapisan palisade cangkang telur terdapat senyawa-senyawa organik yang memiliki gugus –NH, -OH, dan aromatik.
Senyawa organik terkandung di dalam lapisan palisade dan pigmen yang terdapat di kutikula 8 . Senyawa organik tersebut antara lain asam uronat, asam hyaluronat, dan kopolimer kondroitin sulfat-dermatan sulfat 7 . Konsentrasi masing-masing senyawa di atas berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Nakano et al (2001) terhadap cangkang telur terkalsinasi berturut-turut adalah sebesar 0,24, 0,29, dan 0,38 µg/mg berat kering.
Air gambut merupakan air permukaan yang mengandung senyawa humus yang terdiri dari asam humat, asam fulvat dan humin 16 . Ketiga senyawa tersebut mengakibatkan air gambut berwarna cokat dan bersifat asam. Air gambut yang digunakan pada penelitian ini memiliki pH 4,01 dengan konsentrasi warna 475,776 Pt-Co (ppm). Konsentrasi warna air gambut ini berada di atas standar warna yang ditetapkan oleh pemerintah melalui Permenkes No. 416/Men Kes/
Per/IX/1990 tentang standar air minum dan air bersih. Berdasarkan standar
tersebut konsentrasi warna air maksimum yang diperbolehkan adalah sebesar 15
Pt-Co untuk air minum dan 50 Pt-Co untuk air bersih 31 .
Berdasarkan hasil FTIR dari ekstrak air gambut yang digunakan pada penelitian ini, diketahui bahwa air gambut mengandung berbagai gugus fungsi, antara lain : gugus –NH, -OH, -C=O, seperti yang terlihat pada Gambar IV.3:
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 3500 4000 4500
1/cm 52.5
60 67.5 75 82.5 90 97.5
%T
3417.86 3240.41 2374.37 1714.72 1616.35 1402.25 1222.87 1082.07 678.94
Ekstrak-airgambut
Gambar IV. 3 Spektrum IR ekstrak air gambut.
Pada penyimpanan yang cukup lama di suhu kamar air gambut akan membentuk endapan. Setelah dilakukan analisa FTIR terhadap endapan ini, diketahui bahwa endapan tersebut merupakan senyawa yang memiliki gugus fungsi –NH, -OH, - C=O, seperti yang terlihat pada Gambar IV.4:
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 3500 4000 4500
1/cm 37.5
45 52.5 60 67.5 75 82.5 90 97.5
%T
3425.58 2922.16 2852.72 2362.80 2335.80 1716.65 1629.85 1442.75 1267.23 1033.85
Endapanairgambut
Gambar IV. 4 Spektrum IR endapan air gambut.
Berdasarkan usulan struktur senyawa asam humat dan asam fulvat yang diajukan oleh Stevenson (1982) dan Buffle et al (1977) dalam Peňa-Méndez (2005), asam humat dan asam fulvat mengandung gugus fungsi aldehid, alkohol, karboksilat, amin dan aromatik. Gugus-gugus tersebut juga terdapat pada ekstrak gambut dan endapan gambut.
Sebagai pembanding analisa FTIR juga dilakukan pada senyawa asam humat komersil. Hasil analisanya ditunjukkan pada Gambar IV.5:
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 3500 4000 4500
1/cm 30
40 50 60 70 80 90 100
%T
3423.65 2920.23 2850.79 2362.80 2335.80 1581.63 1388.75 1101.35 1035.77 796.60
Humic-acid
Gambar IV. 5 Spektrum IR asam humat komersil.
Spektrum di atas memiliki kemiripan dengan spektrum endapan air gambut.
Sehingga dapat diperkirakan bahwa senyawa yang mengendap pada air gambut adalah asam humat. Asam humat bersifat larut dalam alkali, tetapi tidak larut dalam larutan yang memiliki pH < 2 16,17 .
IV.1 Proses Penurunan Intensitas Warna Air Gambut
Terdapat dua mekanisme penurunan intensitas warna air gambut yang diajukan.
Pertama, adalah melalui reaksi kimia antara senyawa pada cangkang telur dengan
senyawa humus. Kedua, adalah poses adsorpsi senyawa humus pada material
cangkang telur.
CaCO 3 adalah komponen utama penyusun cangkang telur. CaCO 3 di dalam larutan menunjukkan sifat basa sesuai dengan mekanisme berikut 12 :
CaCO 3 Ca 2+ + CO 3 2-
CO 3 2- + H 2 O HCO 3 - + OH -
Basa di dalam larutan diperkirakan akan bereaksi dengan senyawa humus yang bersifat asam. Sehingga salah satu reaksi kimia yang diperkirakan terjadi pada penurunan warna air gambut adalah reaksi asam-basa.
Selain itu juga terjadi pelarutan senyawa-senyawa organik polar lainnya. Semua kandungan cangkang telur diperkirakan memberikan kontribusi dalam menurunkan intensitas warna air gambut.
Reaksi ini mengakibatkan peningkatan pH air gambut setelah perlakuan dari pH awal 4,01 menjadi sekitar 6.5 - 8. Peningkatan pH pada perlakuan variasi massa cangkang telur per 50 mL air gambut dapat dilihat pada Tabel IV.1:
Tabel IV. 1 Data pH air gambut setelah diuji dengan variasi massa cangkang telur.
No. Massa Cangkang Telur
yang Ditambahkan (g) pH Air Gambut Setelah Perlakuan
1. 1 7.57
2. 3 7.74
3. 5 6.92
4. 7 7.46
5. 10 7.57
6. 15 7.80
7. 20 7.18
pH yang dihasilkan pada perlakuan ini telah memenuhi standar yang ditetapkan
pemerintah melalui Permenkes No. 416/Men Kes/ Per/IX/1990, yaitu sebesar 6.5
– 8.5 untuk air minum dan 6.5 – 9.0 untuk air bersih 31 .
Untuk membuktikan apakah reaksi yang diajukan di atas terjadi pada proses penurunan intensitas warna air gambut dilakukan pengujian dengan menambahkan larutan pekat Ca(OH) 2 pada 50 mL air gambut hingga merubah pH larutan menjadi 6. Campuran larutan tersebut kemudian diaduk menggunakan pengaduk magnet dengan kecepatan 400 rpm selama 60 menit. Diamati bahwa tidak terdapat endapan pada larutan. Endapan juga tidak terbentuk setelah larutan campuran didiamkan selama 24 jam. Jadi proses penurunan intensitas warna air gambut ini tidak terjadi melalui mekanisme reaksi kimia antara komponen Ca(OH) 2 dengan air gambut. Kontribusi yang mungkin diberikan oleh reaksi kimia adalah reaksi antara senyawa asam humus dengan kandungan lain selain CaCO 3 pada cangkang telur.
Penurunan intensitas warna air gambut melalui mekanisme adsorpsi diperkirakan juga dapat terjadi. Hal ini karena cangkang telur merupakan material keramik yang memiliki pori 18 . Senyawa humus dapat teradsorpsi pada pori-pori dari material cangkang telur. Sehingga pada saat disentrifuga senyawa humus ikut mengendap bersama material cangkang telur.
Untuk membuktikannya dilakukan foto SEM terhadap cangkang sebelum dan sesudah perlakuan proses adsorpsi. Hasil foto SEM ditunjukkan paada Gambar IV.6:
(a) (b)
Gambar IV. 6 Foto SEM cangkang telur ukuran partikel 75-125 mesh:
(a) Sebelum perlakuan; (b) Setelah perlakuan proses adsorpsi
(perbesaran 1.500x).
Dari gambar di atas terlihat bahwa pori cangkang telur tertutup oleh suatu material yang diyakini adalah senyawa asam humus sehingga dapat dikatakan bahwa proses penurunan intensitas warna pada air gambut ini terjadi melalui proses adsorpsi.
Konsentrasi warna air gambut diukur berdasarkan konsentrasi Pt-Co. Pengukuran ini berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh American Standards of Treatment and Method (ASTM) yaitu ASTM D1209, suatu metode standar untuk menguji cairan berwarna yang jernih (skala Pt-Co). Larutan yang diukur adalah larutan dengan warna yang mendekati warna larutan standar skala warna Pt-Co. Larutan ini juga dikenal sebagai larutan Hazen atau larutan standar APHA (American Public Health Association)
Larutan induk dengan konsentrasi 500 ppm (500 Pt-Co) dibuat dengan prosedur seperti dilakukan pada penelitian ini. Larutan standar tersebut harus memiliki absorbansi yang sesuai dengan batas yang dikeluarkan oleh ASTM seperti tertera pada Tabel IV.2 29 :
Tabel IV. 2 Batas absorbansi larutan induk Pt-Co pada berbagai panjang gelombang.
Panjang Gelombang Absorbansi
430 0.110 – 0.120
455 0.130 – 0.145
480 0.105 – 0.120
510 0.055 – 0.065
Data absorbansi larutan standar skala warna Pt-Co yang digunakan pada
penelitian ini dapat dilihat pada Tabel IV.3:
Tabel IV. 3 Data absorbansi larutan induk Pt-Co pada berbagai panjang gelombang
Panjang Gelombang Absorbansi
430 0.1141 455 0.1382 480 0.1138 510 0.0611
Dari data di atas terlihat bahwa absorbansi dari larutan standar skala warna Pt-Co yang digunakan pada penelitian ini berada dalam batas yang ditetapkan oleh ASTM.
Konsentrasi warna larutan standar skala warna Pt-Co dapat diukur dengan menggunakan spektrofotometer, tabung perbandingan warna (tabung Nessler), dan komparator warna. Pada beberapa penelitian yang telah dilakukan menggunakan spektrofotometer, konsentrasi warna diukur pada panjang gelombang maksimum yang bervariasi, yaitu 355 nm 1 , 370 nm 4 , 440 nm 32 , 455 nm 1 . Beberapa variasi panjang gelombang maksimum lain yaitu: 270 nm, 340 nm, 400 nm, 420 nm, 430 nm, dan 405 – 450 nm 32 .
Standar warna lain yang dapat dijadikan alternatif pengukuran konsentrasi warna air gambut adalah standar warna Saybolt dan Kalium dikromat 29 . Konsentrasi warna Saybolt sebesar +25 sebanding dengan konsentrasi larutan standar skala warna Pt-Co sebesar 25 Pt-Co, juga sebanding dengan konsentrasi warna larutan yang dibuat dengan melarutkan sebanyak 4.8 – 5.6 mg kalium dikromat dalam 1 L aquades.
Pada penelitian ini dipakai panjang gelombang pengukuran sebesar 300 nm. Hal
ini didasarkan pada panjang gelombang maksimum air gambut dan larutan standar
skala warna Pt-Co yang diukur. Gambar IV.7 menunjukkan spektrum absorpsi air
gambut dan Gambar IV.8 menunjukkan spektrum larutan standar skala warna Pt-
Co yang digunakan pada penelitian ini:
Gambar IV. 7 Spektrum absorpsi air gambut.
Gambar IV. 8 Spektrum absorpsi larutan standar skala warna Pt-Co.
Konsentrasi sampel ditentukan dengan mengkonversikan absorbansi sampel pada kurva standar. Kurva standar yang diperoleh pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar IV.9:
y = 0.0232x - 0.0333 R
2= 0.9995
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 10 20 30 40 50
Konsentrasi (ppm)
A b so rb an si
Gambar IV. 9 Kurva kalibrasi larutan standar skala warna Pt-Co.
Dengan mensubstitusikan absorbansi sampel air gambut ke dalam persamaan regresi linier, diketahui konsentrasi air gambut mula-mula adalah sebesar 475,776 ppm (Pt-Co).
IV.1.1 Pengaruh Massa Cangkang Telur
Untuk mengetahui pengaruh massa cangkang telur terhadap penurunan intensitas warna air gambut dilakukan dengan mencampurkan sebanyak 1, 3, 5, 7, 10, 15, dan 20 gram cangkang telur ke dalam 50 mL air gambut. Masing-masing larutan kemudian diaduk dengan pengaduk magnet dengan kecepatan 400 rpm selama 60 menit. Penurunan konsentrasi warna air gambut yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar IV.10:
80.00 90.00 100.00
0 5 10 15 20 25
Massa cangkang telur (g)
% penurunan
Gambar IV. 10 Grafik pengaruh massa cangkang telur terhadap % penurunan warna air gambut
Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa penurunan intensitas warna semakin meningkat dengan meningkatnya massa cangkang telur. Hal ini karena cangkang sebagai material pengadsorpsi tersedia dalam jumlah banyak, sehingga lebih banyak senyawa humus yang dapat teradsorpsi. Pada massa cangkang telur > 5 gram, penurunan intensitas warna air gambut relatif stabil dengan nilai sekitar 94%. Konsentrasi air gambut setelah perlakuan dapat dihitung sebagai berikut:
= x 94%
= 475,776 Pt-Co x 94%
= 447,229 Pt-Co Konsentrasi penurunan
warna air gambut
Kosentrasi air
gambut mula-mula
= (475,776 – 447,229) Pt-Co
= 28,547 Pt-Co
Nilai di atas telah memenuhi kriteria konsentrasi warna maksimum untuk air bersih yang ditetapkan oleh pemerintah yaitu sebesar 50 Pt-Co (10).
IV.1.2 Pengaruh Waktu Kontak
Untuk mengetahui pengaruh waktu kontak terhadap penurunan intensitas warna air gambut dilakukan dengan memvariasikan waktu kontak dari 2 hingga 300 menit. Penurunan konsentrasi warna air gambut yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar IV.11:
50 60 70 80 90 100
0 50 100 150 200 250 300
Waktu kontak (menit)
% penur una n
Massa cangkang telur 5 g Massa cangkang telur 3 g Massa cangkang telur 1 g
Gambar IV. 11 Grafik pengaruh waktu kontak terhadap % penurunan warna air gambut.
Dari grafik tersebut terlihat bahwa waktu kontak tidak mempengaruhi penyerapan warna oleh cangkang telur. Banyaknya warna yang diserap relatif sama.
Pada waktu kontak 2 hingga 15 menit, terlihat ada sedikit peningkatan penyerapan warna oleh cangkang telur. Pada waktu kontak 15 hingga 120 menit, grafik mengalami fluktuasi. Hal ini diperkirakan karena adsorpsi senyawa humus di permukaan cangkang telur belum stabil. Setelah waktu kontak ≥ 120 menit, senyawa humus yang terserap cukup stabil.
Konsentrasi air gambut
setelah proses adsorpsi
Ketidakstabilan ini diperkirakan karena ukuran molekul asam humus yang besar, sehingga menyulitkan untuk bisa terserap ke dalam pori cangkang telur. Posisi yang tepat menentukan kestabilan proses adsorpsi.
Persen penurunan intensitas warna terbesar dihasilkan pada konsentrasi cangkang telur 5 gram/50 mL air gambut. Hasil ini sesuai dengan hasil pada penentuan pengaruh massa cangkang telur, dimana untuk volume air gambut yang sama penurunan intensitas warna air gambut sebanding dengan massa cangkang telur yang digunakan.
IV.1.3 Pengaruh Suhu
Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap penurunan intensitas warna air gambut, penelitian dilakukan pada suhu 25, 45, 55, dan 65 o C dengan massa cangkang telur yang digunakan sebesar 3 gram. Penurunan konsentrasi warna air gambut yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar IV.12:
80.00 85.00 90.00 95.00 100.00
0 20 40 60 80 100
Waktu kontak (menit)
% p enur una n Suhu = 25 der
Suhu = 45 der Suhu = 55 der Suhu = 65 der
Gambar IV. 12 Grafik pengaruh suhu terhadap % penurunan warna air gambut pada berbagai waktu kontak
Dari grafik tersebut terlihat bahwa pada semua suhu yang diuji menghasilkan
penurunan konsentrasi warna air gambut yang relatif sama. Secara teoritis,
peningkatan suhu akan meningkatkan energi kinetik molekul di dalam larutan
sehingga proses adsorpsi yang diinginkan akan lebih meningkat. Tetapi hal ini
tidak terjadi pada proses ini. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh ukuran
senyawa humus yang besar, sehingga peningkatan suhu tidak begitu berpengaruh terhadap daya adsorpsi.
Untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan yang signifikan antara penyerapan warna air gambut pada masing-masing suhu dilakukan uji statistik analisa variansi satu arah. Hipotesis yang diajukan yaitu:
H o : µ 1 = µ 2 = µ 3 = µ 4
H 1 : paling sedikit dua diantaranya tidak sama
Setelah dilakukan perhitungan, H o diterima dengan tingkat kepercayaan 99%. Hal ini berarti data-data tersebut tidak berbeda secara signifikan. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan pada suhu uji 25, 45, 55, dan 65 o C. Untuk kemudahan aplikasi dipilih suhu kamar (25 o C).
IV.1.4 Pengaruh pH
Untuk mengetahui pengaruh pH terhadap penurunan intensitas warna air gambut, penelitian dilakukan pada berbagai pH, yaitu: 2, 4, 6, dan 8. Massa cangkang telur yang digunakan sebesar 3 gram. Penurunan konsentrasi warna air gambut yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar IV.13:
80.00 85.00 90.00 95.00 100.00
0 20 40 60 80 100
Waktu kontak (menit)
% pe nu ru na n pH air gambut = 2
pH air gambut = 4 pH air gambut = 6 pH air gambut = 8
Gambar IV. 13 Grafik pengaruh pH terhadap % penurunan warna air gambut pada berbagai waktu kontak.
Dari grafik tersebut terlihat bahwa penurunan warna air gambut maksimum pada
pH 2. Untuk mengubah pH air gambut dilakukan dengan menambahkan HCl atau
NaOH. Pada saat dilakukan analisis menggunakan Spektrofotometer uv-vis
diperoleh spektrum yang sama untuk semua pH yang diuji. Dapat dikatakan bahwa pada saat penambahan HCl atau NaOH tidak terjadi reaksi kimia. Akan tetapi pada saat pH ditingkatkan intensitas warna air gambut menjadi semakin pekat. Peningkatan warna secara visual dapat dilihat pada Gambar IV.14:
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Gambar IV. 14 Peningkatan intensitas warna air gambut pada berbagai variasi pH;(a) pH 2, (b) pH 4, (c) pH 6, (d) pH 8, (e) pH 10, (f) pH 12
Spektrum absorpsi air gambut dengan berbagai pH yang dianalisis menggunakan spektrofotometer uv-vis seperti terlihat pada Gambar IV.15:
-0.01 0.04 0.09 0.14 0.19 0.24 0.29 0.34
200 300 400 500 600
Panjang Gelombang
Ab so rb an si
Air Gambut pH 2 (+HCl) pH 4 (+HCl) pH 6 (+HCl) pH 8 (NaOH) pH 10 (+NaOH)
Gambar IV. 15 Spektrum absorpsi air gambut pada berbagai pH
Sebagai pembanding, analisis juga dilakukan terhadap asam humat komersil.
Gambar IV.16 menunjukkan spektrum absorpsi larutan asam humat pada berbagai pH:
-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
200 250 300 350 400 450 500 550 600 Panjang Gelombang
Ab so rb an si Larutan asam humat pH 2
Larutan asam humat pH 4 Larutan asam humat pH 8 Larutan asam humat pH 10
Gambar IV. 16 Spektrum absorpsi larutan asam humat pada berbagai pH Dari kedua spektrum di atas terlihat bahwa dengan meningkatnya pH terjadi peningkatan internsitas warna pada air gambut dan larutan asam humat, tetapi tidak menggeser panjang gelombang maksimumnya.
Secara teori, nilai pH dari larutan berpengaruh langsung pada visualisasi asam humat. Cincin aromatik yang merupakan unit dasar dari asam humat sebagai makromolekul polimer berlapis dihubungkan / berinteraksi melalui ikatan hidrogen pada gugus-gugus fungsinya. Gugus fungsi yang paling aktif adalah gugus karboksilat dan hidroksi fenolat. Disosiasi H + dari karboksil atau hidroksil berhubungan dengan pH larutan. Pada pH rendah, karboksil dan hidroksil berada dalam bentuk –COOH dan –OH. Pada pH tinggi, gugus tersebut berada dalam bentuk –COO - dan O - . Sehingga jelas bahwa pada kondisi pH tinggi, asam humat mengandung lebih banyak muatan negatif 28 .
Muatan negatif yang terbentuk pada peningkatan pH akan mengakibatkan
perpanjangan/penambahan pola resonansi pada senyawa humus. Pada senyawa
dengan resonansi pendek, perpanjangan resonansi akan mengakibatkan pergeseran
panjang gelombang pada daerah uv-vis. Tetapi pengaruh perpanjangan resonansi
terhadap pergeseran panjang gelombang pada senyawa asam humus tidak
terdeteksi, karena resonansinya yang cukup panjang. Hal ini terlihat dari panjang gelombang maksimum yang tetap tidak mengalami pergeseran. Perpanjangan resonansi ini secara visual terlihat melalui peningkatan intensitas warna air gambut.
Perubahan pH juga berpengaruh terhadap konformasi asam humat. Pada pH rendah, asam humat memiliki struktur sferik. Sedangkan pada pH tinggi srukturnya agak linier. Sehingga jika pH ditingkatkan, ukuran asam humat akan bertambah, sehingga kapasitas adsorpsi akan berkurang 34 .
Beberapa gugus fungsi pada permukaan senyawa asam humat memudahkannya membentuk kompleks dengan ion logam di dalam air 28 . Asam humat dapat membentuk kompleks dengan ion logam dan aktinida karena terdapat gugus- gugus fungsi seperti karboksil dan fenol. Jumlah kation yang dapat diserap oleh asam humat meningkat sesuai dengan peningkatan pH 26 . Menurut Dees 35 , asam fulvat merupakan agen pengkompleks yang dapat membentuk kompleks dengan ion logam divalen dan trivalen serta senyawa logam terhidroksi.
IV. 1. 5 Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi dihitung menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich sebagai berikut:
b abC m
x
e
1 + 1
= …………..(IV.1)
K n C
m x
e
