ADSORPSI LOGAM BERAT TIMBAL DAN KADMIUM PADA LIMBAH BATIK MENGGUNAKAN BIOSORBENT PULPA KOPI TERXANTHASI

C-211

ADSORPSI LOGAM BERAT TIMBAL DAN KADMIUM PADA LIMBAH BATIK

MENGGUNAKAN BIOSORBENT PULPA KOPI TERXANTHASI

Indah Riwayati1_{, Indah Hartati}2_{, Helmy Purwanto}3_{, Suwardiyono}2 1,2 4_{Jurusan Teknik Kimia, Universitas Wahid Hasyim Semarang}

3_{Jurusan Teknik Mesin, Universitas Wahid Hasyim Semarang}

e-mail :1_{riway79@yahoo.com}

ABSTRACT

Effluent from Batik industries may contain some toxic pollutant. One of those are heavy used

optimally. Heavy metal in wastewater can be treated by adsorption process. Modification of coffe pulp

can be an alternative to conventional methode for heavy metal contain waste adsorption. The effects of

various parameter on adsorption efficiency of Pb (II) dan cadmium particularly pH, temperature,

contact time and amount of adsorbent were investigated. The aim of this research was evaluate

optimum condition adsorption on those parameter using xanthated coffe pulp for heavy metal contain

batik wastewater. The experimental results obtained optimum conditionsat pH valuesof 2, the

maximum temperature of 40

0

_{C, the maximum contact time of24 hours and a maximum weight of 100g}

adsorbent. These conditions result in the adsorption process, respectively for 68.18% and76.1% of

lead and cadmium with successive adsorption capacity of 0,029 and 0.00198mg metalion/g adsorbent.

Has successfully reduced the adsorption capacity of heavymetal content in the waste batik originally

0,213ppm to 0,068ppm for lead. While the original metal cadmium 0,068ppm to 0,013ppm.

Keywords:

waste batik, adsorption

,

xanthated coffe pulp

PENDAHULUAN

Batik merupakan salah satu kekayaan budaya bangsa Indonesia yang telah mendapat

pengakuan internasional dari UNESCO pada tahun 2009. Pencanangan hari batik nasional telah

berperan meningkatkan minat pemakai batik. Data Kementrian Perindustrian menyebutkan bahwa

pada tahun 2010 jumlah konsumen batik tercatat 72,86 juta orang (Kompas, 2011). Meningkatnya

minta dan konsumsi batik berdampak tumbuh dan berkembangnya sentra-sentra industri batik

berbagai daerah di Indonesia.

Proses pembuatan batik berawal dari metode sederhana, yaitu menggambar dengan canting

dan mencelupkan dalam pewarna, batik cap dengan cara dicap pada cetakan sampai produksi massal

dengan mesin moderen. Dalam pembuatan batik, dari proses awal hingga proses penyempurnaan

diindikasikan menggunakan bahan kimia yang mengandung unsur logam berat, sehingga bahan

buangannya juga masih mengandung unsur logam berat tersebut. Apabila bahan buangan tersebut

tidak diolah dengan baik, maka bahan buangan tersebut dapat mencemari lingkungan (Sasongko dan

Tresna, 2010).

Karakteristik limbah batik adalah meliputi: (i) karakteristik fisika yang terdiri atas warna, bau,

zat padat tersuspensi, temperatur, dan (ii) karakteristik kimia yang terdiri atas bahan organik,

anorganik, fenol, sulfur, pH, logam berat, senyawa racun (nitrit), dan gas (Muljadi, 2009). Adapun

contoh karaketeristik limbah industri batik (industri batik cap khas Palembang) disajikan pada Tabel 1

(Agustina dkk., 2011).

Timbal adalah sebuah unsur yang biasanya ditemukan di dalam batu-batuan, tanah, tumbuhan

dan hewan. Timbal 95% bersifat anorganik dan pada umumnya dalam bentuk garam anorganik yang

bersifat kurang larut dalam air. Timbal merupakan suatu logam toksik yang bersifat kumulatif,

toksisitasnya dibedakan menurut organ yang dipengaruhi. Pada sistem hemopoietik dapat

memperlambat pematangan normal sel darah merah yang menyebabkan anemia, mempengaruhi

kelangsungan hidup sel darah merah serta menghambat biosintesa haemoglobin. Risiko dari keracunan

timbal dapat menimbulkan kerusakan pada otak. Penyakit-penyakit yang timbul sebagai akibat dari

keracunan timbal adalah epilepsi, halusinasi, kerusakan pada otak besar dan delirium.Timbal yang

terlarut dalam darah akan berpindah ke sistem urinaria sehingga dapat mengakibatkan terjadinya

kerusakan pada ginjal.Timbal dapat melewati placenta sehingga dapat menyebabkan kelainan pada

janin berupa cacat pada bayi dan menimbulkan berat badan lahir rendah serta prematur. Timbal juga

C-212

Tabel 1. Karakteristik air limbah pabrik batik cap

Parameter Standar (mg/L) Limbah industri batik (mg/L)

pH 6-9 6 COD 150 4.230 Amoniak total 8 5,47 Fenol total 0,5 0,008 TSS 50 535 Sulfida 0,3 0,040 Crom total 1 0,1385 Besi - 2,0587 Tembaga - 0,2696 Seng - 54,7175 Kadmium - 0,0063 Timbal - 0,2349

Sumber: Agustina dkk., 2011

Kadmium adalah suatu logam putih, mudah dibentuk, lunak dengan warna kebiruan. Titik

didih relatif rendah (767ºC) membuatnya mudah terbakar, membentuk asap kadmium oksida.

Kadmium dan bentuk garamnya banyak digunakan pada beberapa jenis pabrik untuk proses

produksinya.Berbagai organ tubuh dapat terpengaruh setelah paparan jangka panjang terhadap

kadmium. Organ yang akan mengalami gangguan fungsional dini adalah ginjal. Keracunan Cd kronis

dapat menyebabkan gangguan kardiovaskular dan hipertensi (Sudarwin, 2008).

Pengolahan kopi secara basah akan menghasilkan limbah padat berupa kulit buah/pulpa kopi

pada proses pengupasan buah (pulping) dan kulit tanduk pada saat penggerbusan (hulling). Limbah

pulpa kopi dapat mencapai 28,7% dari produksi kopi (Parani&Eyini, 2010). Jika produksi kopi pada

tahun 2008 mencapai 683 ribu ton (Deptan, 2009) maka limbah pulpa kopi mencapai 196,2 ribu ton.

Limbah pulpa kopi yang berlimpah tersebut hingga kini belum dimanfaatkan secara optimal.

Umumnya pulpa kopi hanya ditumpuk di sekitar lokasi pengolahan, sehingga menimbulkan bau busuk

dan cairan yang mencemari lingkungan. Sementara ini, pulpa kopi baru dimanfaatkan sebagai pupuk

kompos, bahan baku biogas, media tanam jamur, pakan ternak, karbon aktif dan produksi bioetanol

(Rathinavelu&Grazioni, 2005; Yesuf, 2010).

Senyawa xanthate dibuat dengan mereaksikan substrat yang mengandung gugus hidroksil

dengan karbon bisulfida dalam suasana basa. Reaksi xanthasi disajikan pada Gambar 4 (Bashyal,

Homagai, &Ghimire, 2010).

Gambar 1. Reaksi xanthasi

Adsorpsi ion logam berat kedalam permukaan senyawa xanthate dapat dianggap sebagai

proses pertukaran ion, pembentukan kompleks dan atau proses pembentukan chelat. Melalui proses

pertukaran ion, dua atom sulfur yang bermuatan negatif pada senyawa xanthate akan menangkap ion

logam bervalensi dua. Sedangkan pada proses pembentukan kompleks melibatkan empat atom sulfur

dan satu ion logam bervalensi dua.

Beberapa penelitian mengenai penggunaan senyawa xanthate yang digunakan dalam

pemisahan logam berat antara lain penelitian oleh Kim dkk. (2006) yang menggunakan senyawa

xanthat yang berbasis kitin dalam mengadsorpsi ion Pb

2+

. Homagai dkk. (2009) menggunakan

senyawa xanthate dari ampas apel untuk mengadsorpsi ion Pb

2+

, Cd

2+

, Zn

2+

, dan Fe

3+

. Sementara Sha

dkk. (2010) menggunakan senyawa xanthate dari kulit jeruk untuk mengadsorpsi logam ion Cu

2+

,

Cd

2+

_{, Pb}

2+

_{, Zn}

2+

_{, dan Ni}

2+

_.

C-213

METODE PENELITIAN

Proses adsorpsi logam berat dengan menggunakan pulpa kopi terxanthasi dipengaruhi oleh

beberapa faktor yaitu: pH, berat adsorben, waktu kontak dan suhu. Penelitian ini bertujuan untuk

mencari kondisi optimum variabel proses pH, berat adsorben, waktu kontak dan suhu pada adsorbsi

logam berat timbal dan cadmium yang ada di dalam limbah batik dengan menggunakan biosorben

pulpa kopi terxanthasi dalam prototype tanki biosorpsi.

Tahap pertama dari penelitian ini adalah sintesa pulpa kopi terxanthasi. Pulpa kopi dicuci dan

dikeringkan pada suhu 70

0

_{C selama 24 jam dan digiling (PK). Sebanyak 50 gram PK direndam dalam}

250 ml etanol dan 250 ml larutan NaOH 1% pada suhu ruang selama 24 jam. Campuran disaring,

dicuci dengan distilled water dan dikeringkan pada suhu 70

0

_{C. Selanjutnya produk kering (PKK)}

sebanyak 15 g ditambahkan dengan 200 ml larutan NaOH 4 M. Larutan diaduk pada suhu ruang

selama 3 jam dan 3 jam lagi setelah ditambah 10 ml CS

2

. Campuran dibiarkan mengendap dan

supernatan didekantasi. Alkali berlebih dihilangkan dengan distilled water dan aceton serta

dikeringkan.

Tahap selanjutnya, sebanyak 25 g adsorben pulpa kopi terxanthasi ditambahkan kedalam 1,5

Llimbah industri batik. Larutan diaduk menggunakan pengaduk isotermal dengan kecepatan

pengadukan dijaga pada 100 rpm. Temperatur larutan diatur pada suhu 25

0

_{C (atau sesuai variabel). pH}

awal larutan diatur pada pH sesuai variabel menggunakan larutan 1 N NaOH dan HCl. Pada akhir

kesetimbangan, erlenmeyer dipindahkan dari tanki biosorpsi dan adsorben disaring menggunakan

kertas saring Whatman no 41. Konsentrasi logam pada filtrat dianalisa menggunakan AAS.Variabel

pH pada percobaan sebesar 2,4,6, 8; berat adsorben (gr)25, 50, 75, 100; waktu kontak (jam) : 6, 12,

18,24 dan suhu (

0

_{C): 25, 30, 35, 40. Optimasi dilakukan pada variabel pH, hasilnya digunakan untuk}

optimasi variabel suhu kemudian berturut –turut waktu dan berat adsorben. Data yang diperoleh dari

setiap run percobaan adalah data konsentrasi akhir ion logam dalam larutan (C

e

). Jumlah ion logam

yang teradsorpsi pada kesetimbangan ditentukan menggunakan persamaan kesetimbangan massa:

S

C

C

q

i e e

−

=

………

(1)

Dimana q

e

adalah konsentrasi ion logam yang teradsorpsi dalam adsorben pulpa kopi

terxantasi pada saat kesetimbangan (mg ion logam /g adsorben), C

i

adalah konsentrasi awal ion logam

(mg/L) dan

ܥ

௘

adalah konsentrasi kesetimbangan atau konsentrasi akhir ion logam dalam larutan.

Sementara S adalah konsentrasi slury, yang dinyatakan sebagai:

v

m

S

=

………

(2)

Dimana v adalah volume awal larutan logam yang digunakan (L) dan m adalah berat adsorben

yang digunakan.Persentase adsorpsi dan rasio distribusi dihitung menggunakan persamaan berikut:

%

100

%

x

C

C

C

adsorpsi

i e i

−

=

………..

(3)

PEMBAHASAN

Hasil percobaan optimasi variabel pH dapat dilihat seperti pada Gambar 2. Dari Gambar 2

dapat dilihat bahwa kondisi optimum diperoleh pada nilai pH 2. Prosentase adsorpsi maximum pada

pH sebesar 61,4 % untuk timbal dan 63,45 % untuk kadmium atau kapasitas adsorpsi sebesar 0,026

mgr ion logam /gr adsorben dan 0,00165 mgr ion logam/gr adsorben. Dari konsentrasi awal sebesar

0,213 ppm untuk timbal menjadi 0,082 ppm. Sedangkan konsentrasi awal logam kadmium sebesar

0,013 ppm menjadi 0,00475 ppm.

C-214

Gambar 2. Hasil percobaan optimasi variabel pH

Kapasitas adsorbsi dan prosentase adsorpsi menurun tajam jika dibandingkan dengan

penggunaan adsorben pulpa kopi terxanthasi pada limbah sintetis yang hanya mengandung timbal atau

kadmium saja. Pada limbah sintetik diperoleh nilai pH optimal sebesar 8 dengan kapasitas adsorpsi

sebesar 10 mg ion/gr adsorben untuk timbal dan 9,64 mg ion/gr adsorben untuk kadmium. Prosentas

adsorpsi maksimum berturut-turut sebesar 100 % dan 96,45 % untuk timbal dan kadmium (Riwayati

dkk., 2013). Penurunan ini diakibatkan oleh kompleksnya kandungan bahan dalam limbah batik yang

sebagian besar terdiri dari zat warna. Zat warna dalam batik dapat melepatkan kation yang akan

bersaing dengan ion logam berat untuk menenpel pada adsorbent (Khalir dkk., 2011).Adsorpsi ion

logam berat kedalam permukaan senyawa xanthate dapat dianggap sebagai proses pertukaran ion,

pembentukan kompleks dan atau proses pembentukan chelat. Melalui proses pertukaran ion, dua atom

sulfur yang bermuatan negatif pada senyawa xanthate akan menangkap ion logam bervalensi dua.

Sedangkan pada proses pembentukan kompleks melibatkan empat atom sulfur dan satu ion logam

bervalensi dua. Pada pH 2 diperoleh prosen adsorpsi optimum. Prosen adsorbsi turun pada pH yang

lebih tinggi, hal ini disebabkan oleh semakin kecilnya kelarutan logam sehingga memungkinkan

terjadinya pengendapan dalam larutan. Pada adsorbsi bebrapa logam berat menggunakan xanthat kulit

apel diperoleh pH optimum sebesar 3 untuk timbal dan 4 untuk kadmium (Homagai dkk., 2009). Pada

pH tinggi juga terjadi interaksi antara ion Pb dengan OH

-

_{yang diikuti dengan pelarutan dan hidrolisis}

didalam larutan. Mekanisme yang terjadi adalah sebagai berikut (Bashyal dkk., 2010):

+ +

₊

_→

2 n 2 2 2

O)

Pb.(H

O

nH

Pb

_………...

₍₄₎

+ +

_→

_Pb(H

_O)

₊

_H

O)

Pb(H

n-1 2 2 n 2

……….

(5)

+ +

₊

_mH

_O

_→

_Pb(OH)

₊

_mH

nPb

2n-m m 2 2

………….

(6)

Pada percobaan optimasi suhu, diperoleh hasil seperti yang terlihat pada Gambar 3. Kondisi

maksimum diperoleh pada suhu 40

0

_{C untuk timbal dan kadmium dengan prosen adsorbsi}

masing-masing sebesar 31,57 % dan 26,47 %. Kapasitas adsorbsi untuk timbal dan kadmium berturut turut

sebesar 0,016 mgr ion logam/gr adsorben serta 0,00069 mgr ion logam/gr adsorben.Proses adsorpsi

logam dapat bersifat eksotermis atau endothermis. Jika kapasitas adsorpsi meningkat seiring

peningkatan suhu, maka adsorpsi bersifat endothermis dan jika sebaliknya maka bersifat eksotermis.

Untuk logam timbal diperoleh nilai energi bebas Gibbs negatif, entropi dan enthalpi positif, sehingga

proses adsorpsi logam timbal bersifat spontan endothermis (Zhao dkk., 2011). Apabila dilihat dari

Gambar 2, prosen adsorpsi meningkat seiring peningkatan suhu, sehingga proses adsorpsi logam Pb

dan Cd bersifat endothermis.

Untuk variabel waktu kontak, dalam penelitian ini diperoleh hasil terbaik pada nilai 24 jam

dengan prosentase adsorpsi sebesar 46,15 % untuk timbal dan 35,58 % untuk kadmium (Gambar 4.).

Besar kapasitas adsorpsi untuk timbal dan kadmium berturut-turut sebesar 0,020; 0,00092 mgr ion

logam/gr adsorben. Adsorpsi terjadi melalui dua fase tahapan. Tahap pertama merupakan fase cepat,

sedangkan kedua merupakan fase lambat. Fase cepat terjadi sehubungan dengan banyak tersedianya

tempat aktif tempat terjadinya ikatan pada permukaan adsorbent. Fase lambat dengan penambahan

waktu kontak tidak memberikan prosen adsorpsi yang signifikan, hal ini terjadi karena trjadi proses

difusi ion logam ke bagian yang lebih dalam dari biosorbent (Kostic dkk., 2013).

C-215

Gambar 3. Hasil Percobaan optimasi variabel suhu

Gambar 4. Hasil percobaan optimasi variabel waktu

Percobaan optimasi variabel berat adsorben dilakukan dengan kondisi pH, suhu dan waktu

kontak optimum. Hasil maksimum yang diperoleh dalam percobaan ini pada berat adsorben 100 gr

dengan prosentase adsorpsi sebesar 68,18% dan 76,1 % untuk timbal dan kadmium dengan kapasitas

adsorpsi berturut-turut sebesar 0,029 dan 0,00198 mgr ion logam/gr adsorben. Prosentase tersebut

diperoleh dari konsentrasi logam berat awal sebesar 0,213 ppm untuk timbal dan 0,013 ppm untuk

logam kadmium menjadi 0,068 ppm dan 0,0031 ppm.

Gambar 5. Hasil percobaan optimasi variabel berat adsorben

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan ini dapat disimpulkan bahwa proses optimasi memperoleh hasil terbaik

pada variabel pH 2, suhu 40

0

_{C, waktu 24 jam dan berat adsorbent sebesar 100 gr dengan prosen}

C-216

DAFTAR PUSTAKA

Agustina, T.E., Nurisman, E., Prasetyowati, Haryani, N., 2011,” Pengolahan Air Limbah Pewarna

Sintesis dengan Menggunakan Reagen Fenton” Prosiding Seminar Nasional AvoER ke-3,

Palembang.

Bashyal, D., Homagai, P.L., Ghimire, K.N., Removal of Lead from Aqueous Medium Using Xanthate

Modified Apple Juice Residue. Journal of Nepal Chemical Society. 2010, Vol 26: pp. 53-60

Departemen Pertanian, 2009, “ Outlook Komoditas Pertanian (Perkebunan)”

Homagai, P.L., Bashyal, D., Poudyal, H., Ghimire, K.N., (2009). Studies on Functionalization of

Apple Waste for Heavy Metal Treatment. Nepal Journal of Science and Technology. Vol 10:

135-139

Khalir,w., K., A., W., M., Hanafiah, M., A., K., M., So’ad, S., Z., M., Ngah, W., S., W., “Adsorption

behavior of Pb (II) onto xanthated rubber (hevea brasiliensis) leaf powder” Polish Journal of

Chemical technology , 13, 4, 2011, pp. 82-88

Kim, S.H., Song, H., Nisola, G.M., Ahn, J., Galera, M.M., Chung, W.J., Lee, C.H., 2006,” Adsorption

of Lead Ions using Surface Modified Chitin”, Journal of Ind.Eng.Chem, vol 12 (3):469-475

Kompas, 2011,” Batik Punya Nilai Ekonomi Tinggi”

Kostic, M., Mitrovic, J., Radovic, M., Ljupkovic, R., Krstic, N., Bojic, D., Bojic, A., “Biosorption

Pb(II) Ions Using Xanthated Lagena vulgaris Shell” Reporting for Sustainability, 2013.

Muljadi, 2009,” Efisiensi Instalasi Pengolahan Limbah Cair Industri Batik Cetah dengan Metode

Fisika Kimia dan Biologi Terhadap Penurunan Parameter Pencemar (BOD, COD dan Logam

Berat Krom)”, Ekuilibrium, vol 8 (1):7-16

Parani, K., Eyini, M., 2010, “ Effect of Co-fungal Treatment on Biodegration of Coffee Pulp Waste in

Solid State Fermentation”, Asian Journal Experiment Biologycal Science, 1(2), 352-359

Rathinavelu, R., Grazioni, G., 2005, “ Potential Alternative Use of Coffee Wastes and By Product”,

Coffee Organization:1-4

Riwayati, I., Hartati, I, Purwanto, H., dan Suwardiyono, 2013, Optimization Variables

Process of Adsorption lead and Cadmium Using Xanthated Coffe Pulp,

Engineering International Conference 2013 Proceeding, ISBN: 97925-2784

Sasongko, D., P., dan Tresna, W., P., 2010, Identifikasi Unsur dan Kadar Logam Berat pada Limbah

Pewarna Batik dengan Metode Analisa Pengaktifan Neutron, Journal Ilmu Pengetahuan dan

Teknologi TELAAH, Volume 27,pp. 22-27

Sha, L., XueYi, G., Ning-chuan, F., Qing-hua, T., (2010). Effective Removal of Heavy Metals From

Aqueous Solution by Orange Peel Xanthate. Transactions of Nonferous Metals Society of

China.Vol 20,pp. 187-191

Sudarwin, 2008, “Analisa Spasial Pencemaran Logam Berat Pb dan Cd Pada Sedimen AliranSungai

dari TPA JatibarangSemaarng”, Thesis pada Program Magister Kesehatan Lingkungan

Universitas Diponegoro

Yesuf, Y.K., 2010,” Chemical Composition and In Vitro Digestibility of Coffee Pulp and Coffee Husk

Ensiled with Grass Hay and EM”, A Thesis at Jimma University

Zhao, G., Wu, X., Tan, X., and Wang, X., 2011, Sorption of Heavy Metal ions from Aqueous

Solutions: A Review, The Open Colloid Science Journal, 4, 19-31