PENJERAPAN Ni(II) PADA ABU SEKAM PADI TERMODIFIKASI
Alwi Smith*Program Studi Pendidikan Biologi, Universitas Pattimura-Ambon Diterima: 15-11-09; Diterbitkan: 30-11-09
ABSTRAK
The adsorption of Ni(II) were conducted in a batch system for 60 minutes at variation of metal ion concentration. Study on adsorption Ni(II) showed that addition of higher amount of APS in hybridization decreased capacity, for Ni(II) capacity and energy of adsorption increased. Based on total energy of the adsorption, interaction between adsorbent and Ni(II) involved physisorption.
Key words: Adsorption, Ni, Interaction, Physisorption, Adsorbent
PENDAHULUAN
Seiring dengan perkembangan zaman, industri di Indonesia semakin meningkat, seperti industri kimia, semen, peleburan logam, pertambangan, baterai dan cat. Semua industri di atas menggunakan logam berat sebagai material utama yang dapat menimbulkan efek samping berupa pencemaran lingkungan oleh logam berat yang terkait. Menurut Hasset dan Banwart, logam berat adalah logam yang memiliki berat jenis > 5 gram/cm3, bersifat menghantarkan listrik dan panas, dan dapat membentuk paduan dengan logam lain. Logam berat seperti perak (Ag), kadmium (Cd), timbal (Pb), kobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe), merkuri (Hg), molibdenum (Mo), nikel (Ni), timah (Sn), seng (Zn) dan unsur–unsur yang lebih ringan seperti alumunium (Al), arsen (As) dan selenium (Se) berpotensi besar mengakibatkan efek toksik bagi organisme [1].
Logam berat memberikan efek toksik bagi makhluk hidup terutama manusia. Efek toksik logam berat telah diketahui cukup lama dengan perkembangan ilmu kedokteran dan farmasi khususnya dalam bidang toksikologi. Di
Indonesia sendiri dikejutkan dengan adanya laporan berupa pencemaran di teluk Buyat, Sulawesi Utara. Teluk tersebut tercemar logam arsen yang mengakibatkan timbulnya penyakit aneh pada penduduk di sekitar teluk buyat akibat mengkonsumsi biota laut di sekitar teluk buyat. Adanya kasus pencemaran ini, menunjukkan betapa pentingnya upaya pengolahan limbah logam berat dari industri agar tidak terjadi kasus pencemaran lingkungan yang membahayakan penduduk. Untuk mengelolah limbah industri berupa logam berat dapat dilakukan dengan melalui berbagai proses, salah satunya yaitu melalui adsorpsi dengan menggunakan padatan anorganik.
Silika gel merupakan salah satu padatan anorganik yang dapat dimanfaatkan untuk adsorpsi logam berat. Hal ini dikarenakan silika gel memiliki sisi aktif, yakni gugus siloksan (-Si-O-Si-) dan gugus silanol (-Si-OH) serta mempunyai luas permukaan yang besar. Atom O yang terdapat pada gugus siloksan (-Si-O-Si-) dan gugus silanol (-Si-OH) digunakan sebagai situs aktif permukaan silika gel, dalam hal ini sebagai donor pasangan elektron, merupakan spesies yang mempunyai ukuran relatif kecil dan
mempunyai polarizabilitas rendah sehingga
memiliki kecenderungan untuk berinteraksi dengan logam berat yang pada umumnya memiliki ukuran yang besar dan mempunyai polarizabilitas tinggi secara teoritis relatif tidak begitu kuat [2]. Oleh karena itu, upaya–upaya untuk memodifikasi permukaan aktif silika gel perlu dilakukan.
Hibridisasi silika dengan senyawa organik merupakan salah satu upaya modifikasi permukaan silika gel. Pembuatan hibrida dari silika dan senyawa organik untuk tujuan adsorpsi telah banyak dilakukan dan dilaporkan. Azmiyati (2004) telah mempelajari kajian adsorpsi Mg(II), Cd(II), dan Ni(II) pada 4-amino-5-hidroksi-2,7-naftalenadisulfonat yang diimobilisasikan pada silika gel G tipe-60 [3] memodifikasi permukaan silika gel dengan 3-merkapto-1,2,4-triazol untuk adsorpsi logam Cd(II), Ni(II) dan Mg(II).
Metoda immobilisasi dengan proses sol–gel ini dikenal sebagai suatu pendekatan “chimie douce” atau bahan–bahan kimia lunak (soft chemical) untuk sintesis material oksida metastabil (amorf) [4]. Dengan demikian, proses sol–gel memungkinkan immobilisasi terjadi pada kondisi yang lunak (soft) sehingga sangat memungkinkan untuk dikerjakan dalam laboratorium dengan peralatan yang terbatas di mana sulit untuk membuat suatu kondisi yang ekstrim bagi proses sintesis yang memerlukan kondisi demikian.
Dalam penelitian ini dikaji sintesis hibrida amino-silika melalui proses sol-gel dengan
starting material abu sekam padi dan senyawa organik aktif (3-aminopropil)-trimetoksisilan (APS) untuk Ni(II).
METODE PENELITIAN Bahan
Bahan-bahan yang digunakan antara lain : abu sekam padi sebagai bahan dasar utama. Untuk mencuci abu sekam padi diperlukan HCl 6 M yang diperoleh dari larutan HCl 37 % (Merck) dan akuades (Laboratorium Bioteknologi, PAU, UGM). Pembuatan larutan natrium silikat memerlukan NaOH (Merck) dan akuades. Hibrida amino-silika dibuat dengan menggunakan (3-aminopropil)-trimetoksisilan (Merck) dan HCl 3 M dari larutan HCl 37 % (Merck). Dalam proses penyaringan diperlukan kertas saring Whatman 42 dan kertas saring biasa. Untuk mengontrol pH digunakan kertas indikator universal. Untuk keperluan analisis kadar Si diperlukan larutan standar Si 1000 mg/L (Merck). Larutan induk Ni(II) 1000 mg/L dibuat dengan melarutkan 5,00 g NiNO
3.6H2O dengan
akuades sampai volume 1 L. Kedua larutan induk tersebut diperlukan sebagai larutan standar logam.
Peralatan
Alat-alat yang diperlukan untuk keperluan penelitian ini antara lain : peralatan analisis dan peralatan penunjang. Peralatan analisis meliputi spektrometer serapan atom (AAS) ”Hitachi Z-8000”, difraktrometer sinar-X ”PW3710”, Spektrofotometer inframerah ”Shimidzu FTIR-8201 PC” dan Gas Sorption Analyzer ”NOVA 1000 ver 2.00”. Peralatan penunjang meliputi : ayakan ukuran 200 mesh ”Fischer”, pemusing (sentifuse) ”OSK 6474B Sentrifuge”, timbangan analitik ”Mettler AE 160”, tungku pemanas ”Charbolite”, cawan porselin, alat penggerus (lumpang dan mortal), densikator, pompa vakum
”Buchi Vac® V-500”, peralatan gelas dan
peralatan plastik.
Prosedur
Pengolahan abu sekam padi menjadi larutan natrium silikat.
Abu sekam padi digerus dan diayak sehingga diperoleh serbuk abu sekam padi yang lolos dalam ayakan 200 mesh. Selanjutnya sebanyak 25 g sampel abu sekam padi dicuci dengan 150 mL HCl 6 M dan dinetralkan dengan akuades. Hasil pencucian dikeringkan dalam oven. Abu sekam padi bersih diambil sebanyak 20 g dan ditambahkan dengan 167 mL NaOH 4 M, kemudian didihkan sambil diaduk dengan pengaduk magnet. Setelah agak mengental, larutan dituang ke dalam cawan porselin dan dilebur pada temperatur 500 oC selama 30 menit. Setelah dingin ditambahkan 200 mL akuades, dibiarkan semalam, dan disaring dengan kertas saring Whatman 42. Filtrat yang dihasilkan merupakan larutan natrium silikat yang siap digunakan sebagai bahan pembuatan adsorben. Kadar Si dapat dianalisis dengan menggunakan spektrometer serapan atom.
Hibridisasi senyawa amino pada silika melalui proses sol-gel. Sebanyak 20 mL larutan natrium silikat hasil pelebuan abu sekam padi dimasukkan ke dalam beker plastik dan ditambahkan 1 mL senyawa (3-aminopropil)-trimetoksisilan (APS), kemudian tambahkan setetes demi tetes HCl 3 M sampai pH 7 dengan diaduk pengaduk magnet. Gel yang terbentuk dikeringkan dengan pengurangan tekanan pada temperatur 70 oC. Padatan yang dihasilkan berupa hibrida amino-silika (HAS) (20:1).
Proses yang sama dilakukan tanpa penambahan senyawa (3-aminopropil)-trimetoksisilan untuk
senyawa (3-aminopropil)-trimetoksisilan 2 mL untuk mendapatkan hibrida amino silika (20:2)
Adsorpsi Ni(II) pada adsorben
Dibuat larutan Ni(II) dengan masing-masing seri konsentrasi. Untuk larutan Ni(II) dibuat seri konsentrasi 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350 dan 400 mg/L., masing-masing diambil 50 mL dan dimasukkan ke beker plastik tertutup dan 50 mg adsorben yang berbeda ditambahkan ke dalam setiap beker plastik. Campuran diaduk dengan pengaduk magnet selama 60 menit, disentrifuse selama 30 menit dengan kecepatan 2000 rpm dan supernatan dianalisis dengan AAS.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Natrium Silikat dari Abu Sekam Padi
Abu sekam padi yang digunakan sudah dalam bentuk abu yang merupakan limbah dari pembakaran. Abu sekam digerus dan diayak dengan ayakan 200 mesh. Dimaksudkan agar ukuran abu lebih homogen dan memperbesar luas permukaan abu sehingga pencucian yang dilakukan pada tahap selanjutnya bisa lebih efektif. Setelah diayak, abu sekam dicuci dengan larutan HCl 6 M dan dilanjutkan dengan akuades sampai netral. Penggunaan larutan HCl 6 M bertujuan melarutkan pengotor berupa logam-logam oksida, seperti : natrium oksida, kalsium oksida, kalium oksida, magnesium oksida dan besi oksida dalam abu sekam padi. Keberadaan logam-logam oksida dapat menurunkan kadar silika dalam abu sekam padi. Selanjutnya, abu sekam dipanaskan dalam oven untuk menghilangkan kandungan air.
Sebanyak 20 gram abu sekam yang bersih dan kering direaksikan dengan 167 mL NaOH 4
diaduk dengan pengaduk magnet. Setelah
larutan mengental, larutan dituang dalam cawan porselin dan dilakukan peleburan dalam tungku pemanas pada temperatur 500 oC selama 30 menit. Proses ini bertujuan untuk mengoptimalkan perubahan silika dalam abu sekam padi menjadi natrium silikat (Na
2SiO3).
Natrium silikat yang terbentuk berwarna putih kehijauan. Natrium silikat hasil peleburan didinginkan, kemudian ditambah dengan 250 mL akuades dan didiamkan semalam agar pembentukan larutan natrium silikat lebih optimal. Larutan disaring untuk memisahkan endapan yang tidak larut. Penentuan kadar Si dalam larutan natrium silikat dilakukan dengan spektroskopi serapan atom (AAS) dan hasil yang diperoleh 92,60%.
Adsorben Silika Termodifikasi Amino
Untuk meningkatkan efektifitas silika gel dalam proses adsorpsi dapat dilakukan dengan melakukan modifikasi silika gel dengan situs aktif tertentu. Penelitian ini dilakukan modifikasi permukaan silika gel yang berasal dari natrium silikat hasil peleburan abu sekam padi dengan gugus amino dari (3-aminopropil)-trimetoksisilan (APS) menghasilkan suatu hibrida amino silika (HAS).
Sintesis HAS dilakukan dengan penambahan senyawa APS pada larutan natrium silikat, kemudian ditambahkan larutan HCl 3 M. Penambahan asam dimaksudkan untuk mengatur pH dalam pembentukan gel dalam larutan. Penggunaan HCl menghasilkan silika gel dengan porositas yang lebih besar jika dibandingkan dengan penggunaan asam lain. Semakin tinggi penggunaan konsentrasi HCl yang digunakan saat kondensasi akan diperoleh silika gel dengan luas permukaan lebih besar [4].
Penambahan HCl 3 M pada larutan natrium silikat dilakukan setetes demi tetes sampai pH 7.
Penambahan HCl pada larutan natrium silikat akan terjadi proses pembentukan gel, yakni pembentukan gugus siloksan (Si-O-Si) dan silanol (Si-OH) dari interaksi antar spesies anion silikat.Menurut Scubert dan Hüsing (2000), gel akan terbentuk apabila ikatan siloksan maksimal dan ikatan silanol minimal. Reaksi kondensasi akan terus berlanjut dengan cepat membentuk trimer, oligomer dan seterusnya. Hal ini disebabkan pembentukan siloksan (Si-O-Si) akan menyebabkan atom Si bersifat semakin elektrofil sehingga ikatan dengan atom O dari spesies anion silikat akan terjadi dengan cepat. Kondensasi selanjutnya dari trimer, tetramer, oligomer akan membentuk agregat polimer [5]. Agregat polimer bergabung membentuk bola-bola polimer yang disebut pembentukan silika primer. Bola-bola primer ini akan saling bergabung melalui kondensasi gugus silanol pada permukaannya dan membentuk gel. Gel yang terbentuk disebut alkogel yang akan mengalami sinerisis apabila didiamkan (aging) menghasilkan hidrogel. Pencucian dan pemanasan hidrogel akan menghasilkan xerogel. Xerogel inilah yang akan digunakan sebagai adsorben untuk Ni(II).
Pembuatan HAS pada dasarnya menggunakan metode yang sama dengan pembuatan silika gel. Pembuatan HAS ini dilakukan dengan mereaksikan 20 mL natrium silikat dengan 1 mL senyawa (3-aminopropil)-trimetoksisilan (APS) dan ditambahkan setetes demi tetes HCl 3 M untuk menghasilkan HAS (20:1). Untuk menghasilkan HAS (20:2), 20 mL natrium silikat direaksikan dengan 2 mL
senyawa APS dan ditambahkan setetes demi
tetes HCl 3 M.
Pembentukan HAS diduga diawali dengan protonasi atom O gugus (-OCH
3) pada senyawa
APS akibat penambahan asam. Melalui mekanisme S
N2, spesies anion silikat yang
berperan sebagai nukleofil akan menyerang atom Si pada senyawa APS di mana atom O gugus metoksi sudah terprotonasi. Spesies anion silikat yang masuk akan menggantikan gugus metoksi (-OCH
3) dengan atom O yang
telah terprotonasi sehingga terbentuk ikatan siloksan. Gugus metoksi dengan atom O yang terprotonasi akan dilepaskan dalam bentuk metanol. Penambahan asam yang terus berlanjut mengakibatkan reaksi dapat terus berlangsung sampai semua gugus metoksi dalam senyawa APS mengalami reaksi kondensasi dengan spesies anion silikat dengan melepas metanol.
Termodinamika Adsorpsi Ni(II)
Pada termodinamika adsorpsi ini, adsorben yang digunakan yaitu silika gel, HAS (20:1) dan HAS (20:2) untuk adsorpsi ion logam Ag(I) dan Ni(II) untuk mengetahui pengaruh immobilisasi senyawa APS terhadap proses adsorpsi. Dalam penelitian ini, sampel larutan ion logam dibuat dengan melarutkan garamnya dalam akuades. Kajian termodinamika adsorpsi dipelajari dengan membuat seri konsentrasi awal ion logam Ag(I) dan Ni(II) yaitu 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350 dan 400 mg/L, kemudian diinteraksikan dengan 50 mg adsorben selama 60 menit pada temperatur tetap. Waktu ini sesuai dengan hasil yang dilaporkan oleh Oscik [5] yang menyatakan bahwa kesetimbangan adsorpsi ion logam pada berbagai adsorben umumnya
isotherm adsorpsi ditunjukkan dengan membuat kurva jumlah ion logam teradsorpsi tiap gram adsorben terhadap konsentrasi ion logam pada kesetimbangan yang ditampilkan dalam Gambar 1
Gambar 1. Kurva hubungan jumlah ion logam teradsorbsi pada adsorben
Gambar 1. menunjukkan bahwa pola isotherm adsorpsi Ni(II) mengikuti pola isotherm adsorpsi Langmuir, di mana terjadi kenaikan jumlah Ni(II) yang teradsorpsi per gram adsorben menunjukkan hubungan yang tidak linier dengan konsentrasi kesetimbangan setelah Ni(II) diinteraksikan dengan adsorben. Karena proses adsorpsi Ni(II) diasumsikan mengikuti pola isotherm adsorpsi Langmuir sehingga penentuan harga kapasitas adsorpsi dan tetapan kesetimbangan adsorpsi Ni(II) digunakan persamaan isotherm Langmuir.
KESIMPULAN
Kapasitas adsorpsi Ni(II) meningkat seiring dengan penambahan volume senyawa APS. Silika gel memiliki kapasitas adsorpsi lebih rendah dari HAS (20:1) dan HAS (20:2). Proses adsorpsi Ni(II) pada silika gel, HAS (20:1) dan
HAS (20:2) berlangsung mengikuti proses
fisisorpsi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Adamson, A.W., dan Gast, A.P., 1997,
Physical Chemistry of Surface, 6th edition, John Willey & Sons, Inc., New York
2. Airoldi, C., dan Arakaki, L.N.N., 2001, Immobilization of Ethylenesulfaide of Silica Surface Throught Sol-Gel Process and Some Thermodynamic Data of Divalent Cation Interaction, Polyhedron, 20, 929-936
3. Alex, 2005, Kinetika Adsorpsi Logam Zn(II) dan Cd(II) Pada Bahan Hibrida Merkapto-silika dari Abu Sekam Padi, Skripsi, FMIPA UGM, Yogyakarta.
4. Arakaki, L.N.N., dan Airoldi, C., 2000, Ethilenimine in the Synthetic Routes of a New Silytating Agent : Chelating Ability of Nitrogen and sulfur Donor Atoms After Anchoring Onto Surface of Silica Gel,
Polyhedron, 19, 367-373
5. Astuti, W., 2004, Analisis Model Mekanisme Reaksi Pada Proses Pembuatan Na
2SiO3 Dari Abu Sekam Padi dan Larutan Soda Api
Secara Sinambung, Prosiding Seminar
Nasional Hasil Penelitian MIPA 2004, Semarang 4 Desember 2004
