KAJIAN ADSORPSI Cu(II) DENGAN BIOMASSA
Hydrilla verticillata TERAKTIVASI
Noer Komari
1,*, Azidi Irwan
1, Eka Susilawati
21
Prog. Studi Kimia Fakultas MIPA Universitas Lambung Mangkurat
2
Alumni Prog. Studi Kimia Fakultas MIPA Universitas Lambung Mangkurat
Jl. Jend. A. Yani Km 35,8 Banjarbaru 70714 Kalimantan Selatan
*Alamat untuk surat menyurat e-mail :
abuzakki_noer@yahoo.co.id
Diterima 24 September 2006, perbaikan 16 Januari 2007, disetujui untuk diterbitkan 19 Maret 2007
ABSTRACT
The present of heavy metals, such as Cu is now a major concern and the elimination of the heavy metals from environment is important. One of the alternative treatments to handle the pollution of heavy metals is by the use of biomass as biosorbent. The aims of this research are therefore to find out the ability of activated biomass Hydrilla verticillata to adsorb Cu(II) ion. The biomass was activated by NaOH treatment. This research was performed with batch system. The measurements of the experiments includ pH, time dependence, metal-binding capacities of biomassa and Cu(II) recovery. The bound-metals ion were recovered by treatment with HCl. The functional groups were analysis with IR spectroscopy. The results showed that the opmimum adsorption occurred at pH 5 within 15 minutes of mixing. The adsorbtion capacity of the activated biomassa was 3,5721 mg Cu/g biomass, while that of non-activated biomass was 3,3071 mg Cu/g biomassa. The recovery Cu(II) ion with activated biomass was 99,0509 %, and that of non-activates was99,4013 %. From the infrared spectra, it is estimated that the carboxylate groups play a pivotal role in the interaction with Cu(II) ion.
Keywords: Cu(II), biomass, Hydrilla verticillata, activated
1. PENDAHULUAN
Biosorpsi, penggunaan biomassa sebagai alternatif bahan adsorben logam berat sudah banyak dikembangkan1). Keunggulan biosorpsi efektif
menghilangkan ion logam berat pada limbah dengan volume besar dan konsentrasi sangat rendah2). Selain
itu juga murah karena prosesnya dapat balik sehingga biomassa dapat dipakai berulang-ulang, serta ramah lingkungan3).
Proses biosorpsi oleh biomassa dipengaruhi oleh pH dan waktu adsorpsi. pH mempengaruhi muatan adsorben pada titik isoelektrik. Pada pH yang lebih tinggi dari titik isoelektrik, adsorben akan memiliki muatan positif dan pada pH yang lebih rendah dinding sel adsorben akan memiliki muatan negatif. Muatan negatif pada dinding sel inilah yang akan berinteraksi dengan ion logam4). Waktu adsorpsi berpengaruh pada
lama interaksi logam dengan adsorben. Pengikatan ion logam umumnya terjadi pada awal reaksi dan pada reaksi selanjutnya akan berjalan seragam, atau bahkan bisa terjadi penurunan. Hal ini disebabkan dinding sel biomassa sudah mengalami dekomposisi lebih lanjut5).
Salah satu tanaman air yang dapat digunakan sebagai biomassa adalah Hydrilla verticillata. Tanaman ini dapat
mentolerir toksisitas logam berat, sehingga dapat tumbuh walaupun media tumbuhnya terkontaminasi oleh logam berat. Tanaman gulma ini memiliki keunggulan dalam fotosintesis, menyediakan banyak oksigen, menyerap karbon dari air dengan efisien, menyimpan banyak fosfor, serta dapat mentoleransi salinitas6). Hydrilla verticillata tumbuh liar di Irigasi Riam
Kanan Kalimantan Selatan sangat berpotensi sebagai biosorben untuk mengurangi kandungan logam berat di lingkungan perairan.
Kemampuan biosorpsi logam dapat ditingkatkan melalui proses aktivasi, misalnya dengan NaOH6). Aktivasi
tersebut menyebabkan biomassa memiliki lebih banyak situs aktif yang dapat berikatan dengan ion logam. Menurut hasil penelitian oleh peneliti sebelumnya7-10),
bahwa aktivasi dapat dilakukan dengan menggunakan asam atau basa, yang akan membuat ion Cu2+ yang
terserap lebih banyak, sehingga proses biosorpsi terjadi dengan sangat optimal.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi terhadap ion Cu2+. Penelitian ini diharapkan dapat
dapat diaplikasikan untuk mengurangi pencemaran logam berat di lingkungan terutama di lingkungan perairan.
2. METODE PENELITIAN
2.1. Preparasi dan Aktivasi Biomassa
Hydrilla verticillata diambil dari Irigasi Riam Kanan Kalimantan Selatan. Sampel dicuci dan dikeringkan pada suhu 60oC selama 2 hari. Sampel kering digerus
dan disaring dengan ukuran 100 mesh. Sampel (+ 15 g) dicuci dua kali dengan HCl 0,1 M. Sampel disentrifuge pada 2800 rpm. Endapannya dicuci dengan akuades dan ditambah 150 ml NaOH 0,1 M lalu dikocok dengan shaker selama 1 hari. Larutan disentrifuge lagi pada 2800 rpm selama 5 menit. Endapan dicuci dengan akuades 3 kali dan dikeringkan pada suhu 60oC selama
1 hari.
2.2. Penentuan pH Optimum Adsorpsi
Sebanyak 1,25 g biomassa dicuci dua kali dengan HCl 0,1 M dan sekali dengan akuades. Sampel ditambah 250 ml HCl 0,01 M untuk memperoleh konsentrasi biomassa 5 mg/mL. Sebanyak 10 ml suspensi dimasukkan ke dalam tabung sentrifuge dan pH diatur pada masing-masing 2, 3, 4, 5, dan 6 dengan menambahkan CH3COONa. Semua larutan disentrifuge
pada 2800 rpm selama 5 menit. Endapan yang didapat ditambahkan dengan 10 ml larutan logam Cu2+ 0,3 mM
dengan pH 2, 3, 4, 5, dan 6 sambil dikocok menggunakan shaker selama 1 jam. Larutan disentrifuge pada 2800 rpm selama 5 menit. Cu2+ pada
supernatan dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom (AAS).
2.3. Penentuan Waktu Optimum Adsorpsi
Sebanyak 1,25 g biomassa dicuci dua kali dengan HCl dan sekali dengan akuades . Sampel ditambah ± 250 ml CH3COONa untuk memperoleh konsentrasi biomassa 5
mg/mL. Larutan diatur pada pH optimum. Sebanyak 10 ml suspensi dimasukkan kedalam masing-masing tabung dengan interval waktu 10, 15, 30, 60 dan 90 menit, lalu disentrifuge pada 2800 rpm selama 5 menit. Endapan ditambahkan dengan 10 ml larutan logam Cu2+ 0,3 mM pada pH optimum. Larutan dikocok
menggunakan shaker sesuai dengan interval waktu yang telah ditetapkan. Larutan diputar dengan sentrifuge pada 2800 rpm selama 5 menit. Cu2+ pada
supernatan dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom (AAS).
2.4. Penentuan Kapasitas Adsorpsi
Sebanyak 0,5 g biomassa dicuci dua kali dengan HCl dan sekali dengan akuades. Sampel ditambah ± 100 ml CH3COONa agar didapatkan pH optimum. Sebanyak 10
ml suspensi dimasukkan kedalam tabung sentrifuge dan disentrifuge pada 2800 rpm selama 5 menit. Endapan yang didapat ditambahkan dengan 10 ml larutan logam Cu2+ 0,3 mM pada setiap tabung, kemudian
dikocok menggunakan shaker selama waktu optimum. Larutan diputar dengan sentrifuge pada 2800 rpm selama 5 menit. Cu2+ pada supernatan dianalisis
menggunakan spektrofotometer serapan atom (AAS). 2.5. Recovery Logam Cu2+
Biomassa yang telah mengikat ion logam ditambahkan dengan 10 ml HCl 0,1 M pada masing-masing tabung, kemudian dikocok menggunakan shaker selama waktu optimum. Setelah itu diputar menggunakan sentrifuge dengan kecepatan 2800 rpm selama 5 menit. Cu2+ pada
supernatan tersebut dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom (AAS).
2.6. Analisis Gugus Fungsi
Identifikasi gugus fungsi biomassa dilakukan dengan Spektroskopi Inframerah.
2.7. Perhitungan Kapasitas Adsorpsi dan persen recovery
Kapasitas adsorpsi dihitung dengan rumus pada Persamaan (1):
q = x
(
Co Ce)
m
V − (1)
Dengan:
q = kapasitas adsorpsi logam (mg/g) V = volume larutan logam (L) m = massa biomassa (g)
Co = konsentrasi larutan logam mula-mula (mg/L) Ce = konsentrasi larutan logam setelah adsorpsi (mg/L) Sedang % recovery dihitung dengan rumus pada Persamaan (2) : %R = x100% Ce Co Cr − (2) Dengan : %R = perolehan kembali
CR = konsentrasi larutan logam setelah peroleh kembali
Ce = konsentrsi larutan logam setelah adsorpsi
Co = konsentrasi larutan logam mula-mula
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengaruh pH terhadap Adsorpsi Cu2+
Interaksi antara logam Cu2+ dengan biomassa Hydrilla
verticillata merupakan interaksi kimia melalui pembentukan ikatan kimia antara logam dengan gugus-gugus yang terdapat pada dinding sel. Oleh karena itu interaksi logam Cu2+ dengan biomassa dipengaruhi oleh
pH. Kondisi pH dalam larutan merupakan faktor penting dalam biosorpsi logam, yang mana fenomena ini dapat menjelaskan pemutusan ikatan dan sifat kimia dari logam Cu2+. Secara umum pada pH rendah, ikatan
Tabel 1. Pengaruh pH terhadap adsorpsi Cu2+ pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi dan tidak teraktivasi
pH Teraktivasi (mg/L) Tidak Teraktivasi (mg/L) 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,272 10,634 12,294 18,298 16,832 4,516 6,228 10,464 16,824 15,908
Tabel 2. Pengaruh waktu pada adsorpsi Cu2+ pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi dan tidak teraktivasi
Waktu (menit) Teraktivasi (mg/L) Tidak Teraktivasi (mg/L) 10 15 30 60 90 16,733 17,011 17,288 17,082 17,118 16,609 16,890 17,137 17,067 17,079
Tabel 3. Kapasitas adsorpsi logam Cu2+ dengan biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi dan tidak teraktivasi
Biomassa Kapasitas adsorpsi (mgg Cu2+/g biomassa)
Aktivasi Tidak aktivasi
3,5721 3,3071 maka akan terjadi tolakan antara logam dengan
biomassa. Pada pH tinggi, ikatan akan mulai terdeprotonasi (muatan negatif) yang akan menimbulkan situs-situs baru yang dapat berikatan dengan logam.
Pengaruh pH terhadap adsorpsi sangat besar, karena akan mempengaruhi muatan pada situs aktif dan muatan ion logam dalam larutan. Tabel 1 menunjukkan bahwa biosorpsi Cu2+ meningkat pada pH 1 sampai 5,
tetapi mengalami penurunan pada pH 6 dengan adsorpsi maksimum terjadi pada pH 5. Dalam penelitian ini tidak dilakukan variasi diatas pH 6, karena pada pH tersebut Cu2+ mulai mengendap, sehingga
adsorpsi Cu2+ oleh biomassa Hydrilla verticillata pada
pH tersebut tidak dapat dilakukan.
Biomassa yang teraktivasi dapat mengadsorpsi ion logam Cu2+ lebih besar daripada biomassa yang tidak
aktivasi. Hal ini terjadi karena pada biomassa yang teraktivasi lebih banyak mempunyai situs-situs aktif yang dapat berikatan dengan logam akibat dari reaksi hidrolisis basa yang akan menghasilkan suatu garam karboksilat, sehingga dapat meningkatkan daya penyerapan logam oleh biomassa tersebut.
3.2. Pengaruh Waktu Terhadap Adsorpsi Cu2+ Salah satu faktor yang berpengaruh dalam adsorpsi Cu2+ dengan biomassa Hydrilla verticillata adalah waktu
interaksi. Dengan pertambahan waktu banyaknya Cu2+
yang adsorpsi akan semakin banyak sampai pada suatu titik, dimana seluruh situs aktif pada biomassa telah
jenuh oleh Cu2+, sehingga jumlah Cu2+ yang terikat tidak
mengalami pertambahan yang signifikan.
Tabel 2 menunjukkan bahwa waktu optimum adsorpsi terjadi pada waktu interaksi 15 menit pertama. Waktu yang diperlukan pada proses adsorpsi Cu2+ oleh
biomassa Hydrilla verticillata relatif singkat, karena interaksinya merupakan interaksi pasif yang tidak melibatkan proses metabolisme3). Adsorpsi Cu2+ pada
biomassa yang teraktivasi lebih besar, bila dibandingkan dengan biomassa yang tidak teraktivasi, walaupun dengan Cu2+ yang terserap tidak terlalu signifikan
berbeda.
Pengikatan ion logam umumnya terjadi pada awal-awal reaksi dan pada reaksi selanjutnya akan berjalan seragam, atau bahkan bisa terjadi penurunan karena dinding sel biomassa sudah mengalami dekomposisi lebih lanjut5). Adsorpsi ion logam pada dinding sel
biomassa disebabkan karena terjadinya ikatan pada permukaan dinding sel (surface-binding), melalui mekanisme fisika dan kimia, seperti adsorpsi, pertukaran ion, dan pembentukan kompleks. Akan tetapi, ikatan antara biomassa Hydrilla verticillata dengan logam Cu2+ harus cukup kuat, sehingga dapat
menjaga terjadinya perpindahan molekul yang telah teradsorpsi sepanjang permukaan dinding sel biomassa4).
3.3. Kapasitas Adsorpsi Logam Cu2+
Tabel 3 menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi untuk biomassa teraktivasi sebesar 3,5721 mg Cu/g biomassa dan tak teraktivasi sebesar 3,3071 mg Cu/g biomassa.
Adsorpsi logam Cu2+ dengan biomassa Hydrilla
verticillata teraktivasi lebih besar dibandingkan dengan yang tidak aktivasi walaupun tidak berbeda jauh dengan kapasitas adsorpsi biomassa teraktivasi. Persen kenaikan adsorpsi hanya sebesar 8,0131 %.
Kapasitas adsorpsi logam Cu2+ oleh biomassa Hydrilla
vercillata jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan kapasitas adsorpsi oleh biomassa Solanum elaeagnifolium. Pada Solanum elaeagnifolium kapasitas adsorpsi biomassa yang teraktivasi sebesar 19,96 mg/g dan biomassa tidak teraktivasi sebesar 13,14 mg/g. Bila ditinjau dari perbandingan sifat asam ion logam, kation yang bersifat asam keras akan berinteraksi dengan ligan yang bersifat basa keras. Sebaliknya kation yang bersifat asam lunak akan berinteraksi dengan ligan yang bersifat basa lunak. Berdasarkan sifat keasaman, logam Cu2+ bersifat
antara, yang dapat berinteraksi dengan ligan basa keras maupun basa lunak pada situs aktif biomassa. Walaupun logam Cu2+ dapat berinteraksi dengan basa
keras maupun basa lunak, akan tetapi situs-situs aktif yang berada pada dinding sel biomassa Hydrilla verticillata sedikit, sehingga akan mengakibatkan kecilnya kapasitas yang dicapai.
Kapasitas adsorpsi dipengaruhi rekasi hidrolisis biomassa pada saat diaktivasi. Hal ini disebabkan karena pada biomassa teraktivasi telah terjadi pembentukan gugus karboksilat selama terjadinya reaksi hidrolisis. Gugus karboksilat sangat berperan dalam proses biosorpsi. Semakin banyak gugus karboksilat, maka akan semakin banyak pula situs-situs aktif biomassa yang dapat berikatan dengan ion logam Cu2+.
3.4. Recovery Logam Cu2+
Pada pengaruh pH terhadap adsorpsi logam Cu2+
dengan biomassa Hydrilla vercillata diketahui bahwa ikatan logam Cu2+ akan menurun dengan menurunnya
pH larutan. Hal ini dapat dijadikan acuan, sehingga dalam proses recovery logam Cu2+ digunakan larutan
encer, agar tidak dapat merusak atau mendegradasi biomassa. Dalam penelitian ini digunakan larutan HCl 0,1 M. Larutan dengan konsentrasi sebesar 0,1 M, dapat dikatakan larutan encer, sehingga ia tidak membuat biomassa tersebut menjadi rusak atau terdegradasi. Data dari hasil recovery logam Cu2+
dapat ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Recovery adsorpsi logam Cu2+ pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi dan tidak teraktivasi
Biomassa Recovery (%) Aktivasi
Tidak aktivasi
99,0509 99,4013
Tabel 5. Perbandingan Bilangan Gelombang Spektra Inframerah dari Biomassa Hydrilla verticillata Alami, Hydrilla
verticillata Teraktivasi, dan Hydrilla verticillata Teraktivasi dengan Cu2+
Biomassa Hydrilla verticillata Alami (Cm-1) Biomassa Hydrilla verticillata Teraktivasi (Cm-1) Biomassa Hydrilla verticillata Teraktivasi dengan Cu2+ (Cm-1) Gugus Fungsional 3425,3 3435,3 3448,5 Rangkaian OH 2923,9 2923,9 2923,9 Rangkaian CH dari CH3 2854,5 2854,5 - Rangkaian CH2 dan CH3 2341,4 2341,4 2345,3 OH dari ikatan H
- 1743,5 - Rangkaian COOH dan C=O
1639,4 1639,4 1639,4 C=C aromatik, C=O ikatan H ganda yang terkonjugasi dengan vibrasi karbonil, dan
COO
-- 1524,9
1419,5
1523,7 Rangkaian antisimetri COO
-1323,1 1323,1 1319,2 Rangkaian –C-O dari karboksilat
1377,1 - - Rangkaian –C-O
1072,3 1033,8 1068,5
1033,8 Getaran dari O-CH3
960,5 1157,2
956,6 894,9
956,6 C-C, C-OH, C-O-C yang merupakan ciri khas sambungan glukosida, bahan polimer, dan ketidakmurnian dalam
Tabel 4 menunjukkan bahwa 99,0509% logam Cu2+
terdesorpsi pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi dan 99,4013% logam Cu2+ terdesorpsi pada
biomassa Hydrilla verticillata tidak teraktivasi. Hal ini menunjukkan bahwa hampir semua logam Cu2+ yang
telah berikatan dapat dilepas kembali, sehingga biosorpsi bersifat reversibel (bolak-balik). Dengan adanya sifat reversibel tersebut maka biomassa dapat
dipakai berulang-ulang, dan ramah lingkungan karena ion logam berat yang terikat dapat diperoleh kembali dan dipisahkan sehingga tidak dihasilkan limbah baru yang beracun. Proses biosorpsi merupakan gabungan dari berbagai proses akumulasi yang bersifat pasif dan tidak tergantung pada proses metabolisme dari biomassa.
Gambar 1. Spektra Inframerah Biomassa Hydrilla verticillata
Gambar 2. Spektra Inframerah dari Biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi
3.5. Spektra Inframerah dari Biomassa Hydrilla Verticillata
Berdasarkan spektra Inframerah biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi dengan logam Cu2+ seperti yang
tersaji pada Gambar 1, 2 dan 3, memperlihatkan adanya pergeseran bilangan gelombang dari spektra inframerah biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi. Pergeseran itu terjadi pada bilangan gelombang 3425,3 cm-1 menjadi
3448,5 cm-1 yang mengidentifikasikan adanya vibrasi
ulur –OH dan semakin lemah bahkan menghilangnya peak pada bilangan gelombang 1743,5 cm-1 yang
menunjukkan –C=O dari –COOH, serta bergesernya gugus –C-O dari bilangan gelombang 1323,1 cm-1
menjadi 1319,1 cm-1, dan bergesernya rangkaian
antisimetri –COO- pada bilangan gelombang 1523,7 cm -1, serta adanya vibrasi ulur antisimetri anion –COO
-pada bilangan gelombag 1319,2 cm-1 dan 1523 cm-1
yang menunjukkan bahwa biomassa Hydrilla verticillata mengikat ion logam Cu2+ melalui gugus karboksilat. Pita
serapan pada bilangan gelombang 1639,4 cm-1 sebagai
vibrasi ulur anion –COO- menunjukkan bahwa interaksi
antara biomassa Hydrilla verticillata dengan ion logam terjadi dengan melibatkan ikatan kovalen koordinasi. Ikatan kovalen koordinasi terjadi pada serapan bilangan gelombang 1650 cm-1 sampai 1620 cm-1.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan pada hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
Pada variasi pH 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; dan 6,0, didapatkan pH optimum adalah pH 5,0, pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi maupun tidak teraktivasi. Pada variasi waktu interaksi selama 10, 15, 30, 60, dan 90 menit, didapatkan waktu interaksi yang optimum adalah 15 menit, pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi maupun tidak teraktivasi.
Kapasitas Adsorpsi pada biomassa Hydrilla verticillata teraktivasi lebih besar daripada biomassa Hydrilla verticillata tidak teraktivasi.Proses recovery ion Cu(II), gugus karboksilat sangat berperan dalam interaksi logam Cu2+ dengan biomassa Hydrilla
verticillata teraktivasi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Suhendrayatna. 2001. Bioremoval Logam Berat dengan Menggunakan Mikroorganisme: Suatu Kajian Kepustakaan. Seminar On-Air Bioteknologi untuk Indonesia Abad 21. Sinergy Forum-PPI Tokyo Institute of Technologi.
2. Volesky, B. 1987. Biosorbents for Metal recovery. Tibtech., 5: 96-101.
3. Susanti, Zakia, E.N. & Utomo, Y. 2004. Biosorpsi Ion Logam Berat oleh Ragi Roti. Forum Penelitian Kependidikan, 16 (1): 37-50.
4. Lestari, S, Sugiharto, E. & Mudasir. 2003. Studi Kemampuan Biosorpsi Biomassa Saccharomyces cerevisiae yang Terimobilkan pada Silika Gel terhadap Tembaga (II). Gajah Mada University, Yogyakarta. J. Teknosains, 16A (3): 356-371. 5. Jasmidi, Sugiharto, E. & Mudjiran. 2002. Pengaruh
Lama dan Kondisi Penyimpanan Biomassa terhadap Biosorpsi Timbal(II) dan Seng(II) oleh Biomassa Saccharomyces cerevisiae. Indo. J. Chem..2: 11-14.
6. Lukito, S. 2001. Tanaman Air. Agromedia Pustaka. Jakarta.
7. Gardea-Torresday, Baig, T.H. & Garcia, A.E. 1999. Biosorption of Heavy Metal Ions by The Biomass of Solanum elaegnifolium (silverleaf nighshade). Proceeding of The 1999 Conference on Hazardous waste Research, 131-142.
8. Yan, G. & Viraraghavan. 2002. Effect of Pretreatment on the Biobiosorption of Heavy Metal on Mucor rouxii. Water S.A., 26 (1): 122-136. 9. Horsfall, M. Jr., Abia, A.A., & Spirr, A.L. 2003.
Removal of Cu(II) and Zn (II) from Wastewater by Cassava (Manihot esculenta Cranz) waste Biomass. Elec. J. Biotech., 7(3): 313-323.
10. Goksungur, Y, Uren, S & Guvenc, U. 2003. Biosorption of Copper Ions by Caustic treated Waste Baker’s Yeast Biomass. Turk. J. Biol., 27: 23-29.
