IMOBILISASI DITIZON PADA KITOSAN DAN
APLIKASINYA UNTUK PENURUNAN KADAR ION Pb
2+SKRIPSI
Disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
oleh Dina Amalina
4311412025
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2016
v
MOTTO
1. Do good, and good will come to you.
2. Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya (Al-baqarah : 286)
3. Bahwasanya seseorang tidak memperoleh apa-apa selain apa yang telah ia usahakan dan bahwasanya usaha itu kelak akan diperlihatkan kepadanya (An-najm : 39-40)
4. Happiness can be found even in the darkest of times, if one only remembers to turn the light –Albus Dumbledore
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk :
1. Papa dan Mama yang selalu memberikan doa dan dukungan demi tercapainya cita-cita.
2. Sekar dan Adel yang selalu menghibur dan memberi dorongan untuk tetap semangat.
3. Nenek yang selalu memberikan doa dan menyayangi saya.
4. Sahabat yang turut memberikan doa dan dukungan.
5. Dan Mas Fahmi yang selalu ada dalam suka maupun duka.
vi
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat, kemudahan, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Imobilisasi Ditizon pada Kitosan dan Aplikasinya untuk Penurunan Kadar Ion Pb2+” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.
Penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu, baik dalam penelitian maupun dalam penyusunan skripsi ini. Ucapan terima kasih ini penulis sampaikan kepada :
1. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan ijin dan kemudahan melakukan penelitian.
2. Ketua Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan bantuan administrasi teknis dan non teknis dalam penelitian dan pelaporan hasil penelitian.
3. Ibu Dr. F. Widhi Mahatmanti, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan perbaikan dalam penelitian maupun penulisan skripsi.
4. Bapak Drs. Eko Budi Susatyo, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Ibu Ella Kusumastuti, S.Si., M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan arahan dan saran selama penyusunan skripsi.
vii
5. Seluruh Dosen Program Studi Kimia yang telah membekali ilmu dan jasanya selama di bangku kuliah.
6. Ibu Ida selaku teknisi Laboratorium Kimia Analitik, Ibu Martin selaku teknisi Laboratorium Kimia Anorganik, Bapak Danang selaku teknisi Laboratorium Teknik Kimia, Bapak Muttaqin selaku teknisi Laboratorium Fisika, dan seluruh laboran Laboratorium Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam atas bantuan yang diberikan selama penelitian. 7. Teman-teman seperjuangan Kimia Unnes 2012 atas semangat dan
dukungan selama ini.
8. Dan semua pihak yang turut membantu dalam penyusunan skripsi ini. Semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi pembaca maupun pihak yang berkepentingan.
Semarang, 18 Juli 2016
viii
ABSTRAK
Amalina, Dina. 2016. Imobilisasi Ditizon pada Kitosan dan Aplikasinya untuk Penurunan Kadar Ion Pb2+. Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Drs. Eko Budi Susatyo, M.Si dan Pembimbing Pendamping Ella Kusumastuti, S.Si., M.Si
Kata kunci : Kitosan, Ditizon, Kitosan Terimobilisasi Ditizon, Ion Pb2+
Ion Pb2+ adalah jenis ion logam berat beracun dan berbahaya. Kitosan dapat berfungsi sebagai adsorben namun kapasitas adsorpsinya masih cenderung kecil. Salah satu usaha untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi kitosan adalah dengan mengimobilisasi kitosan dengan ditizon. Ditizon digunakan sebagai imobilisasi karena terdapat gugus S=C dan –NH pada ditizon yang berperan sebagai pembentuk kelat. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik kitosan, kitosan terimobilisasi ditizon, dan kitosan terimobilisasi ditizon setelah mengadsorpsi ion Pb2+ menggunakan FTIR, dan aplikasi kitosan terimobilisasi ditizon untuk penurunan kadar ion Pb2+ pada pH, waktu kontak, dan konsentrasi optimum. Metode adsorpsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode batch. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada kitosan terimobilisasi ditizon muncul spektra pada bilangan gelombang 1380,77 cm-1 yaitu gugus S=C dari ditizon yang terikat pada kitosan dan pada kitosan terimobilisasi ditizon setelah mengadsorpsi ion Pb2+, terjadi pergeseran bilangan gelombang 1380,77 cm-1 menjadi 1354 cm-1 karena gugus S=C telah mengikat ion Pb2+, yaitu C=S-Pb. Pada proses adsorpsi ion Pb2+ diperoleh kapasitas adsorpsi sebesar 17,5438 mg/g untuk kitosan dan 27,0270 mg/g untuk kitosan terimobilisasi ditizon.
ix
ABSTRACT
Amalina, Dina. 2016. Immobilization Dithizone at Chitosan and Application to Reduce Pb2+ Ion Content. Final Project, Chemistry Majors Faculty of Mathematics and Natural Sciences Semarang State University. First Advisor: Drs. Eko Budi Susatyo, M.Si and Second Advisor: Ella Kusumastuti, S.Si., M.Si Keywords : chitosan, dithizone, chitosan immobilized by dithizone, Pb2+ ion
Pb2+ ion is a toxic and hazardous type of heavy metal ion. Chitosan can be used as an adsorbent but its adsorption capacity tend to be small. One of the way to increase the adsorption capacity of chitosan is to immobilize it with dithizone. Dithizone used as an immobilizer because it has S=C and –NH group as chelating agents. The purpose of this study is to determine the characteristics of chitosan, dithizone-immobilized chitosan, and dithizone-immobilized chitosan after adsorbing Pb2+ ion using FTIR, and application of dithizone-immobilized chitosan to decrease Pb2+ content at a pH, contact time, and the optimum concentration. Batch method is used for adsorption method in this study. The result showed that the spectra on dithizone-immobilized chitosan appears at wavenumber 1380,77 cm-1, specifically the S=C group of dithizone bound to chitosan and on dithizone-immobilized chitosan after absorbing Pb2+ ion, the wavenumber changed from 1380,77 cm-1 to 1354 cm-1 because the S=C group has bound the Pb2+ ion to C=S-Pb. At the adsorption process of Pb2+ ion, adsorption capacity obtained at 17,5438 mg/g for chitosan and 27,0270 mg/g for dithizone-immobilized chitosan.
x
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ... i PERNYATAAN ... ii PERSETUJUAN ... iii PENGESAHAN ... ivMOTTO DAN PERSEMBAHAN ... v
PRAKATA ... vi
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xv BAB 1. PENDAHULUAN ... 1 1.1.Latar Belakang ... 1 1.2.Rumusan Masalah ... 4 1.3.Tujuan Penelitian ... 4 1.4.Manfaat Penelitian ... 5 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1.Pencemaran Logam Berat ... 6
2.2.Timbal (Pb) ... 7
2.3.Adsorpsi ... 8
2.4.Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 10
4.2.4 Kitosan ... 10
5.2.4 Ditizon... 12
6.2.4 Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 13
3. METODE PENELITIAN ... 15 3.1.Lokasi Penelitian ... 15 3.2.Variabel Penelitian... 15 3.3.Prosedur Penelitian ... 15 3.3.1 Alat ... 15 3.3.2 Bahan ... 16 3.3.3 Cara Kerja ... 16
3.3.3.1Pembuatan Larutan Kitosan ... 16
3.3.3.2Pembuatan Kitosan Bead ... 16
xi
3.3.3.4Aplikasi Penurunan Kadar Ion Pb2+ Terhadap Kitosan dan
Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 17
a. Penentuan pH Optimum ... 17
b. Penentuan Waktu Kontak Optimum ... 18
c. Penentuan Konsentrasi Optimum ... 18
d. Penentuan Kapasitas Adsorpsi Pb2+ ... 19
3.3.3.5Karakterisasi Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon Setelah Mengadsorpsi Ion Pb2+ ... 20
4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 21
4.1.Pembuatan Kitosan Bead dan Imobilisasi dengan Ditizon ... 21
4.2.Aplikasi Penurunan Kadar Ion Pb2+ terhadap Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 26
4.2.1 Pengaruh pH terhadap Adsorpsi Ion Pb2+ ... 26
4.2.2 Pengaruh Waktu Kontak terhadap Adsorpsi Ion Pb2+ ... 28
4.2.3 Pengaruh Konsentrasi Awal terhadap Adsorpsi Ion Pb2+ .... 30
4.2.4 Penentuan Kapasitas Adsorpsi Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon terhadap Ion Pb2+ ... 32
4.3.Karakterisasi Kitosan Terimobilisasi Ditizon Setelah Mengadsorpsi Ion Pb2+ ... 34 5. PENUTUP ... 37 5.3. Kesimpulan ... 37 5.3. Saran ... 38 6. DAFTAR PUSTAKA ... 39 7. LAMPIRAN ... 43
xii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1 Interpretasi Gugus Fungsi Spektra Inframerah Kitosan
Dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 24 4.2 Parameter Adsorpsi Langmuir ... 33 4.3 interpretasi Gugus Fungsi Spektra Inframerah Kitosan dan
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman 2.1 Struktur Kitin ... 11 2.2 Struktur Kitosan ... 11 2.3 Struktur Ditizon ... 13 4.1 Perbedaan Fisik antara (a) Kitosan Serbuk, (b) Kitosan Bead,dan (c) Kitosan Bead Terimobilisasi Ditizon ... 22 4.2 Hasil Spektra Inframerah Kitosan Terimobilisasi Ditizon
dan Kitosan ... 23 4.3 Reaksi Imobilisasi Ditizon pada Kitosan ... 25 4.4 Grafik Hubungan antara pH Larutan dan Adsorpsi
Pb2+ (mg/g) ... 27 4.5 Grafik Hubungan Antara Waktu Kontak (menit) dan Adsorpsi
Pb2+ (mg/g) ... 29 4.6 Grafik Hubungan Antara Konsentrasi Larutan Pb2+ (mg/g)
dan Adsorpsi Pb2+ (mg/g) ... 31 4.7 Grafik Linearitas Langmuir untuk Kitosan ... 33 4.8 Grafik Linearitas Langmuir untuk Kitosan Terimobilisasi
Ditizon ... 33 4.9 Hasil Spektra Inframerah Adsorben Setelah Mengadsorpsi Ion
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Sertifikat Analisis Kitosan ... 43
2. Diagram Alir Penelitian ... 44
3. Data Penentuan pH Optimum Adsorpsi Pb2+ oleh Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 50
4. Data Penentuan Waktu Kontak yang Dibutuhkan Adsorpsi Pb2+ oleh kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 58
5. Data Penentuan Konsentrasi Awal Pb2+ Optimum Adsorpsi Pb2+ oleh Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ... 67
6. Data Penentuan Kapasitas Adsorpsi ion Pb2+ ... 75
7. Perhitungan Pembuatan Larutan ... 81
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan industrialisasi menjanjikan kemudahan dan kesejahteraan bagi masyarakat, namun di sisi lain menimbulkan dampak negatif berupa melimpahnya limbah industri berupa limbah cair, padat, maupun gas. Pembuangan limbah industri yang tidak tepat dapat menimbulkan pencemaran lingkungan hidup. Limbah cair pada industri memberikan kontribusi terhadap pelepasan logam berat beracun di dalam air. Pemilihan logam berat dikhususkan pada ion Pb2+ karena logam berat tersebut banyak digunakan dalam industri dan memiliki potensi dampak pencemaran pada lingkungan. Ion logam ini dapat terakumulasi dalam organ vital manusia dan hewan, efek keracunan secara kumulatifnya dapat menyebabkan kerusakan fatal hematologi seperti kerusakan otak, anemia, dan gangguan fungsi ginjal (Behbahani et al., 2013).
Beberapa metode seperti osmosis balik, koagulasi, ekstraksi pelarut, pertukaran ion, presipitasi, adsorpsi, dan teknik elektrokimia telah digunakan untuk menghilangkan logam berat dari limbah (Metin dan Erol, 2016). Dibandingkan dengan metode lainnya, metode adsorpsi adalah salah satu metode yang paling sederhana, murah, efektif, dan metode dapat digunakan secara luas (Akintola et al., 2015) dan merupakan teknik yang sering digunakan untuk mengurangi ion logam berat dalam air limbah (Apriliani, 2010). Adsorpsi dapat dilakukan terhadap logam berat dengan menggunakan berbagai macam adsorben,
2
diantaranya seperti zeolit, kitin-kitosan, bioadsorben dari spesies alga, fly ash, karbon aktif, dan selulosa (Solikhah, 2014).
Pertimbangan biaya pengolahan merupakan salah satu alternatif yang perlu dipertimbangkan untuk memilih teknologi yang akan digunakan untuk mengolah senyawa logam berat tersebut. Biaya pengolahan adalah parameter yang penting dalam memilih adsorben dan biaya masing-masing adsorben sangat bervariasi, tergantung pada proses yang diperlukan dan ketersediaan adsorben tersebut. Secara umum adsorben dapat dikatakan murah apabila tidak memerlukan atau memerlukan sedikit proses, bahan melimpah dan merupakan hasil samping atau limbah (Arifin et al., 2012).
Kitosan menarik secara ekonomi karena kitosan merupakan polimer alam kedua yang melimpah setelah selulosa (Hua et al., 2016). Kitosan dapat digunakan sebagai adsorben untuk logam berat karena memiliki gugus amina yang reaktif dan khelasi yang stabil (Reddy dan Lee, 2013). Kitosan merupakan adsorben alam yang sangat menarik karena biokompatibilitas, biodegradasi, hifrofilitas, tidak beracun, dan bersifat antibakteri (Metin dan Erol, 2016).
Ketkangplu et al. (2005) telah melakukan adsorpsi ion logam Cu2+, Cd2+, dan Pb2+ dengan metode prekonsentrasi dengan kitosan sebagai adsorben namun kurang selektif karena penyerapan masih relatif kecil. Gyananath et al. (2012) juga telah melakukan adsorpsi logam berat pada berbagai pH menggunakan kitosan bead dan kitosan terikat silang. Hasilnya menunjukkan kitosan yang berikatan silang mampu menyerap ion logam pada pH rendah dan kitosan bead larut dalam pH rendah. Maka perlu adanya modifikasi pada kitosan untuk
3
meningkatkan kemampuannya dalam adsorpsi dan tidak larut pada pH rendah. Berbagai hasil modifikasi adsorben telah dikembangkan oleh para peneliti.
Menurut Rohyami (2013), modifikasi adsorben dapat dilakukan dengan menggunakan ligan organik untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi dan selektifitas pemisahan. Salah satu ligan yang dapat digunakan adalah ditizon yang sangat sensitif terhadap logam Pb, Cd, dan Cu karena banyak mengandung atom donor –NH, dan kelompok –SH (Mudasir et al., 2008). Ditizon merupakan reagen yang sudah dikenal sebagai agen untuk penentuan logam berat dengan ekstraksi klasik. Ditizon mempunyai dua atom hidrogen aktif yang dapat disubtitusi dengan kation. Selain itu, ditizon juga merupakan molekul yang memiliki atom donor elektron, yaitu sulfur dan nitrogen yang dapat bereaksi dengan kation, yaitu ion-ion logam berat (Agustiningtyas, 2012).
Penelitian tentang modifikasi kitosan dengan ditizon telah dilakukan oleh Allen (2014), yaitu menentukan recovery timbal dengan ekstraksi fase padat menggunakan kitosan terimobilisasi ditizon sebagai adsorben dan Etilen Diamin Tetra Asetat (EDTA) sebagai pendesorpsi. Dari penelitian tersebut muncul gugus fungsi baru pada proses karakterisasi menggunakan FT-IR, yaitu gugus S=C yang diduga hasil dari imobilisasi dengan ditizon. Kapasitas adsorpsi dari kitosan terimobilisasi ditizon untuk ion Cd2+ yaitu sebesar 0,315 mg/g (Agustrya, 2015).
Modifikasi kitosan terimobilisasi ditizon diharapkan agar kitosan tidak larut dalam suasana asam dan memaksimalkan penyerapan ion Pb2+ pada larutan. Berdasarkan masalah di atas, maka peneliti akan memfokuskan kajian pada
4
“Imobilisasi Ditizon pada Kitosan dan Aplikasinya untuk Penurunan Kadar Ion Pb2+”.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan hal-hal yang diungkapkan di atas, dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
a) Bagaimana karakteristik kitosan sebelum dan sesudah terimobilisasi ditizon? b) Berapa besar penurunan kadar ion Pb2+ pada adsorpsi menggunakan kitosan
terimobilisasi ditizon pada kondisi optimum (pH larutan, waktu kontak, dan konsentrasi larutan)?
c) Bagaimana karakteristik kitosan dan kitosan terimobilisasi ditizon setelah mengadsorpsi ion Pb2+?
1.3
Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijelaskan, maka dapat dirumuskan tujuan berikut :
a) Mengetahui karakteristik kitosan sebelum dan sesudah terimobilisasi ditizon. b) Mengetahui besar penurunan kadar ion Pb2+pada adsorpsi menggunakan
kitosan terimobilisasi ditizon pada kondisi optimum (pH larutan, waktu kontak, dan konsentrasi larutan).
c) Mengetahui karakteristik kitosan dan kitosan terimobilisasi ditizon setelah mengadsorpsi ion Pb2+.
5
1.4
Manfaat Penelitian
Manfaat yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah untuk mendorong para peneliti dalam mengembangkan kitosan terimobilisasi ditizon dan mengurangi kadar ion Pb2+ di lingkungan.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pencemaran Logam Berat
Daerah aliran sungai merupakan suatu ekosistem yang berpotensi besar untuk mengalami polusi atau pencemaran. Pencemaran dapat terjadi sebagai akibat dari berbagai kegiatan yang dilakukan di kawasan industri. Pembuangan limbah industri yang tidak tepat dapat menimbulkan pencemaran lingkungan hidup khususnya yang mengandung ion logam-logam berat.
Keberadaan logam berat di lingkungan dapat berasal dari dua sumber, pertama berasal dari alam dengan kadar di biosfer yang relatif kecil. Keberadaan logam berat secara alami tidak membahayakan lingkungan. Kedua dari antropogenik. Keberadaan logam berat tersebut diakibatkan oleh aktivitas manusia, misalnya limbah industri pelapisan logam, pertambangan, cat, pembuangan zat kendaraan bermotor, serta barang-barang bekas seperti baterai, kaleng, dan sebagainya (Arifin et al., 2012).
Dalam tubuh makhluk hidup logam berat termasuk dalam mineral “trace” atau mineral yang jumlahnya sangat sedikit. Beberapa mineral trace adalah esensial karena digunakan untuk aktivitas kerja sistem enzim misalnya seng (Zn), tembaga (Cu), besi (Fe), dan beberapa unsur lainnya seperti cobalt (Co), mangan (Mn), dan beberapa lainnya. Beberapa logam bersifat non-esensial dan bersifat toksik terhadap makhluk hidup misalnya merkuri (Hg), kadmium (Cd), dan timbal (Pb) (Darmono, 2001). Toksisitas logam pada manusia menyebabkan beberapa
7
akibat negatif, terutama kerusakan jaringan, khususnya organ detoksifikasi dan ekskresi, yaitu hati dan ginjal.
2.2
Timbal (Pb)
Timbal atau plumbum disimbolkan dengan Pb. Logam ini termasuk ke dalam kelompok logam-logam golongan IV-A pada tabel periodik unsur kimia. Mempunyai nomor atom (NA) 82 dengan bobot atau berat atom (BA) 207,2. Penyebaran logam timbal di bumi sangat sedikit. Jumlah timbal yang terdapat di seluruh lapisan bumi hanyalah 0,0002% dari seluruh jumlah kerak bumi. Jumlah ini sangat sedikit jika dibandingkan dengan jumlah logam berat lainnya yang ada di bumi (Palar, 1994). Pb2+ pada pH tinggi (berkurangnya ion H+) dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH-, sehingga membentuk endapan Pb(OH)2, endapan ini dapat menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung. Oleh karena itu, terjadi penurunan persen penyerapan pada pH 7 dan 8 (Allen, 2014).
Timbal banyak dimanfaatkan oleh manusia seperti sebagai bahan pembuat baterai, amunisi, perlengkapan medis, cat, keramik, dan lainnya. Timbal atau Pb dan persenyawaannya dapat berada dalam perairan sebagai dampak dari aktivitas manusia. Secara alamiah, ion Pb2+ dapat masuk ke perairan melalui pengkristalan Pb di udara dengan bantuan air hujan (Arifin et al., 2012).
Pada jaringan dan atau organ tubuh, ion Pb2+ akan terakumulasi pada tulang baik melalui udara maupun makanan ataupun minuman, karena logam ini dalam bentuk ion (Pb2+) mampu menggantikan keberadaan ion Ca2+ (kalsium) yang terdapat pada jaringan tulang. Tulang berfungsi sebagai tempat
8
pengumpulan ion Pb2+ karena sifat-sifat ion Pb2+ yang hampir sama dengan ion Ca2+ (Fardiaz, 1992). Di samping itu pada wanita hamil ion Pb2+ dapat melewati plasenta dan kemudian akan ikut masuk dalam sistem peredaran darah janin dan selanjutnya setelah bayi lahir, ion Pb2+ akan dikeluarkan melalui air susu (Palar, 1994).
Keracunan akut dapat terjadi jika ion Pb2+ masuk ke dalam tubuh seseorang melalui makanan atau menghirup gas Pb dalam waktu relatif pendek dengan dosis atau kadar relatif tinggi. Timbal bisa merusak jaringan syaraf, fungsi ginjal, sistem reproduksi, sistem endokrin dan jantung, serta gangguan pada otak sehingga anak mengalami gangguan kecerdasan mental. Menurut Behbahani et al. (2013), ion logam ini dapat terakumulasi dalam organ vital manusia dan hewan, efek keracunan secara kumulatifnya dapat menyebabkan kerusakan fatal hematologi seperti kerusakan otak, anemia, dan gangguan fungsi ginjal.
2.3
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam (Atkins, 1999). Menurut Apriliani (2010), yang bertanggung jawab terhadap adsorpsi adalah gaya tarik van der waals, pembentukan ikatan hidrogen, pertukaran ion, dan pembentukan ikatan kovalen.
Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas, atau gas-cair. Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut adsorbat, sedangkan
9
permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat disebut adsorben. Pada adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben. Adsorpsi adalah gejala pada permukaan, sehingga makin besar luas permukaan, maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Walaupun demikian, adsorpsi masih bergantung pada sifat zat pengadsorpsi (Apriliani, 2010).
Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah ion logam yang diadsorpsi oleh adsorben yaitu : (Yusrin, 2014)
1. Jenis adsorbat, meliputi ukuran molekul adsorbat dan kepolaran zat;
2. Jenis adsorben, meliputi kemurnian, luas permukaan, dan volume pori adsorben;
3. Temperatur, adsorpsi merupakan proses eksoterm sehingga jumlah adsorbat akan bertambah dengan berkurangnya temperatur adsorbat;
4. Tekanan, untuk adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat mengakibatkan kenaikan jumlah zat yang diadsorpsi.
Metode adsorpsi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu statis (batch) dan dinamis (kolom). Cara statis yaitu ke dalam wadah yang berisi adsorben dimasukkan larutan yang mengandung komponen yang diinginkan, selanjutnya diaduk dalam waktu tertentu, kemudian dipisahkan dengan cara penyaringan atau dekantasi. Komponen yang telah terikat pada adsorben dilepaskan kembali dengan melarutkan adsorben dalam pelarut tertentu dan volumenya lebih kecil dari volume larutan mula-mula. Lalu cara dinamis yaitu ke dalam kolom yang telah diisi dengan adsorben dilewatkan larutan yang mengandung komponen tertentu, selanjutnya komponen yang telah terserap dilepaskan kembali dengan
10
mengalirkan pelarut (eluen) (Apriliani, 2010). Proses adsorpsi sangat sesuai untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi yang kecil dan campuran yang mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi karena selektivitas pada proses adsorpsi tinggi. Bentuk lain dari adsorpsi adalah pertukaran ion (ion exchange).
2.4
Kitosan Terimobilisasi Ditizon
2.4.1 Kitosan
Kitin dan turunannya seperti kitosan, karboksimetil kitin, dan sebagainya secara luas diakui memiliki aplikasi besar di berbagai bidang. Kitin dan turunannya banyak digunakan dalam industri makanan, bidang obat-obatan, industri kimia, tekstil dan lain-lain (Muzzarelli, 1996).
Kitin dan turunannya, terutama kitosan, memiliki potensi dan aplikasi yang sangat besar. Kitosan mempunyai aplikasi di berbagai bidang, misalnya dalam kosmetik, pertanian, makanan, farmasi, biomedis, industri kertas, dan juga sebagai adsorben untuk pengolahan air limbah (Sila et al., 2014).
Kitosan merupakan polimer (β-1-4)-2-amino-2-dioksi-D-glukopiranosa yang disintesis melalui deasetilasi kitin. Kitosan adalah biopolimer yang paling melimpah kedua di alam setelah selulosa (Ngah et al., 2012). Kitosan sangat menarik di alam karena sifatnya biokompatibilitas, biodegradasi, hidrofilitas, tidak beracun, bersifat antibakteri, dan ekonomis. Kitosan dapat mudah berikatan silang dengan glutaraldehid, etilenglikol diglisidil eter, epiklorohidrin, dan tripolifosfat (Metin dan Erol, 2016).
11
Gambar 2.1. Struktur kitin (Hadi, 2014)
Gambar 2.2. Struktur kitosan (Hadi, 2014)
Gambar 2.1 merupakan struktur dari kitin dan Gambar 2.2 merupakan struktur dari kitosan. Perbedaan kitin dan kitosan didasarkan pada kandungan nitrogennya. Bila nitrogen kurang dari 7%, maka polimer disebut kitin dan apabila kandungan total nitrogennya lebih dari 7% maka disebut kitosan. Kitosan disebut juga dengan β-(1,4)-2-amino-2-dioksi-D-glukosa merupakan senyawa tidak larut dalam air, sedikit larut dalam HCl, HNO3, dan H3PO4, dan tidak larut dalam H2SO4. Kitosan tidak beracun, mudah mengalami biodegradasi dan bersifat polielektrolit yang artinya memiliki muatan elektron, yaitu muatan negatif sehingga mampu berikatan dengan logam berat bermuatan positif, di samping itu kitosan dapat dengan mudah berinteraksi dengan zat-zat organik lainnya seperti protein, oleh karena itu kitosan relatif lebih banyak digunakan pada berbagai industri terapan dan industri kesehatan (Rahawarin, 2011).
Kitosan adalah polimer polisakarida amina yang tersusun oleh unit glukosamin dan N-asetil glukosamin yang merupakan polimer hidrofilik tidak
12
beracun, cocok secara biologis (biocompatible) dan dapat didegradasi secara biologis (Setyaningrum, 2014). Secara umum proses pembuatan kitosan meliputi 3 tahap, yaitu deproteinasi, demineralisasi, dan deasetilasi. Proses deproteinasi bertujuan mengurangi kadar protein dengan menggunakan larutan alkali encer dan pemanasan yang cukup. Proses demineralisasi dimaksudkan untuk mengurangi kadar mineral (CaCO3) dengan menggunakan asam konsentrasi rendah untuk mendapatkan kitin. Proses deasetilasi bertujuan untuk menghilangkan gugus asetil dari kitin melalui pemanasan dalam larutan alkali kuat dengan konsentrasi tinggi. Proses deasetilasi dengan menggunakan alkali pada suhu tinggi akan menyebabkan terlepasnya gugus asetil (CH3CHO). Gugus amida pada kitin akan berikatan dengan gugus hidrogen yang bermuatan positif sehingga membentuk gugus amina bebas –NH2. Kitosan dapat berfungsi sebagai adsorben terhadap ion logam dalam perairan karena kitosan memiliki gugus amina bebas dan hidroksil yang berfungsi sebagai situs chelation (situs ikatan koordinasi) dengan ion logam guna membentuk kelat (Setyaningrum, 2014).
2.4.2 Ditizon
Difeniltiokarbazon atau ditizon merupakan reagen yang sudah dikenal dan masih digunakan sebagai agen kromogenik untuk penentuan logam berat dengan ekstraksi klasik analit dalam medium pelarut organik (Agustiningtyas, 2012). Ditizon memiliki dua atom hidrogen aktif yang dapat disubtitusi dengan kation. Ditizon dapat membentuk kompleks yang stabil dengan ion logam karena ditizon memiliki gugus fungsi –SH dan –NH (Karimi et al., 2012). Ditizon dipilih sebagai
13
ligan untuk adsorpsi karena ditizon sangat selektif untuk logam Hg, Cd, dan Pb (Mudasir et al., 2008). Struktur ditizon dapat dilihat pada Gambar 2.3
Gambar 2.3. Struktur ditizon (Agustiningtyas, 2012)
Ditizon dikenal sebagai salah satu zat pengkelat yang menunjukkan sensitivitas dan selektivitas yang baik terhadap ion Pb2+ dalam suasana basa (Rajesh & Manikandan, 2008). Menurut Lang et al. (2008) pH optimum untuk pengompleksan ion Pb2+ dengan ditizon menggunakan metode ekstraksi pelarut adalah 9,5. Pada suasana asam, terjadi kompetisi antara ion Pb2+ dengan ion H+ untuk berikatan dengan ditizon. Jika ion H+ berikatan dengan ditizon maka akan terbentuk asam ditizonat sedangkan bila ion Pb2+ berikatan dengan ditizon akan terbentuk kompleks Pb2+-ditizon yang tidak stabil. Dalam suasana basa, ion OH -akan berikatan dengan salah satu ion H+ pada ditizon sehingga membentuk kompleks yang stabil dengan Pb2+ (Agustiningtyas, 2012).
2.4.3 Kitosan Terimobilisasi Ditizon
Imobilisasi merupakan suatu modifikasi untuk meniru keadaan asalnya di alam yang diyakini berada dalam keadaan terikat pada partikel-partikel dalam sel. Tujuan utama mengimobilisasi adsorben adalah untuk memperoleh hasil adsorpsi yang diharapkan akan meningkatkan daya serap atau adsorpsi (Zaborsky, 1973). Teknik imobilisasi pertama kali dilakukan oleh Nelson dan Griffin pada tahun
14
1916. Mereka mengimobilisasi enzim interfase dari khamir dengan cara adsorpsi pada arang aktif (Chibata, 1978).
Imobilisasi ditizon pada permukaan polimer dan silika gel telah dilakukan dan berhasil digunakan untuk menghilangkan logam berat (Mudasir et al., 2008). Imobilisasi antara kitosan dan ditizon merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan adsorpsi dari kitosan terhadap ion logam Pb2+ terlarut. Proses imobilisasi adsorben kitosan dengan ditizon bertujuan untuk menambahkan gugus aktif pada kitosan sehingga dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi terhadap ion logam Pb2+ (Mudasir, et al., 2008).
Selain bertujuan untuk menambah gugus aktif pada kitosan, proses imobilisasi ditizon pada kitosan juga dapat meningkatkan kestabilan kitosan terhadap asam sehingga saat adsorben digunakan untuk mengadsorpsi ion Pb2+ adsorben kitosan ditizon mapu tidak larut dalam suasana asam (Allen, 2014).
37
BAB V
PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan menggunakan kitosan dan kitosan terimobilisasi ditizon sebagai adsorben untuk ion Pb2+, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Perbedaan karakterisasi kitosan bead dan kitosan bead terimobilisasi ditizon terletak pada adanya gugus S=C pada kitosan terimobilisasi ditizon pada bilangan gelombang 1380,77 cm-1.
2. Aplikasi penurunan kadar ion Pb2+ menggunakan kitosan dan kitosan terimobilisasi ditizon optimum pada pH 5,5 dan waktu kontak 75 menit. Kitosan optimum menyerap ion Pb2+ pada konsentrasi 75 ppm dengan kapasitas adsorpsi 17,5438 mg/g dan kitosan terimobilisasi ditizon optimum menyerap ion Pb2+ pada konsentrasi 100 ppm dengan kapasitas adsorpsi sebesar 27,0270 mg/g.
3. Karakterisasi kitosan yang telah mengadsorpsi ion Pb2+ dengan hilangnya gugus N-H bending dapat dikatakan gugus tersebut sudah mengikat ion Pb2+. Pada kitosan terimobilisasi ditizon yang telah mengadsorpsi ion Pb2+, bilangan gelombang yang menyatakan gugus S=C bergeser dari 1380 cm-1 menjadi 1354 cm-1, maka dapat diartikan gugus S=C tersebut berubah menjadi C=S-Pb.
38
4.2
Saran
Sesuai dengan hasil penelitian yang telah dilakukan, penggunaan kitosan terimobilisasi ditizon sebagai adsorben dapat dijadikan alternatif biomaterial dalam mengurangi konsentrasi ion logam, khususnya ion logam berat Pb2+. Perlunya penelitian lanjut untuk mengetahui karakteristik kitosan terimobilisasi ditizon yang lebih spesifik.
39
DAFTAR PUSTAKA
Agustiningtyas, Z. 2012. Optimasi Adsorpsi Ion Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi Ditizon. Skripsi. Bogor: IPB.
Agustrya, N. 2015. Penentuan Kapasitas Adsorpsi Kitosan Terimobilisasi Ditizon Terhadap Cd(II). Jurnal Kimia Khatulistiwa, Vol. 4(3): 73-78.
Akintola, O., Saleh T., Khaled M., dan Al-Hamous O. 2015. Removal of Mercury(II) Via a Novel Series of Cross-Linked Poly Dithiocarbamates. Journal Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 000: 1-15
Allen, C. V. 2014. Recovery Timbal dengan Ekstraksi Fase Padat Menggunakan Kitosan Terimobilisasi Ditizon. Jurnal Kimia Khatulistiwa, Vol. 3(2): 1-6.
Apriliani, A. 2010. Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben Ion Logam Cd, Cr, Cu, dan Pb dalam Air Limbah. Skripsi. Jakarta: Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
Arifin, B., Deswati., dan Loekman U. 2012. Analisis Kandungan Logam Cd, Cu, Cr, dan Pb dalam Air Laut di Sekitar Perairan Bungus Teluk Kabung Kota Padang. Jurnal Teknik Lingkungan Unand, Vol. 9(2): 139-145. Atkins, P. W. 1999. Kimia Fisika 2. Jakarta: Erlangga.
Behbahani, M., Mostafa N., Mostafa M., Omid S., Akbar B., dan Mani S. 2013. Dithizone-modified Nanoporous Fructose as A Novel Sorbent for Solid-Phase Extraction of Ultra-Trace Levels of Heavy Metals. Journal Microchimica Acta, Vol. 180: 911-920
Chibata, I. 1978. Imobilized Enzyme, Research and Development. New York: John Wiley and Son Inc.
Darmono. 2001. Lingkungan Hidup Dan Pencemaran, Hubungannya dengan Toksikologi Senyawa Logam. Jakarta: UI Press.
Dewi, M. 2015. Pemanfaatan Arang Kulit Pisang Raja Teraktivasi H2SO4 Untuk Menurunkan Kadar Ion Pb2+ dalam Larutan. Skripsi. Semarang: Universitas Negeri Semarang.
Dongre, R., Minakshi T., Dinesh GG., dan Jostna M. 2012. Bromine Pretreated chitosan for Adsorption of Lead(II) from Water. Journal Bulletin Material of Science, Vol. 35(5): 875-884
40
Faisal, M., Adel A., Farid H., Houcine B., Saleh A., dan Ali A. 2014. Highly Selective Colorimetric Detection and Preconcentration of Bi(III) Ions by Dhitizone Complexes Anchored onto Mesoporous TiO2. Journal Nanoscale Research Letters, Vol. 9(62): 1-7
Fardiaz, S. 1992. Polusi Air dan Udara. Yogyakarta: Penerbit Kanisius.
Gyananath, G., dan Bahlal D. 2012. Removal of Lead(II) From Aqueous Solutions by Adsorption onto Chitosan Beads. Journal Cellulose Chemistry and Technology, Vol. 46(1-2): 121-124
Hadi, A. 2014. Metal Anoin Removal Cr(VI) from Wastewater Using Chitosan Extracted from Fish Shells. Journal of Babylon University/Pure and Applied Sciences, Vol. 22(6): 1799-1804.
Hua, W., Yimin L., Weiyuan X., Zhixian C., Xingwen G., dan Jianying H. 2016. Batch Affinity Adsorption of His-Tagged Proteins with EDTA-Based Chitosan. Journal Applied Microbioligy Biotechnology, Vol. 100: 879-891
Karimi, M., Abdolhamid H., Sayed Z., Alizera M., Mohammad M., Asghar A., Maryam K., dan Najmeh A. 2012. Solid Phase Extraction of Trace Amount of Silver(I) Using Dithizone-Immobilized Alumina-Coated Magnetite Nanoparticles Prior to Determination bu Flame Atomic Absorption Spectrometry. International Journal Environmental Analytical Chemistry, Vol. 92(12): 1325-1340
Ketkangplu, P., Chanyut P., dan Unob F. 2005. Preconcentration of Heavy Metals from Aqueous Solution Using Chitosan Flake. Journal Sains Res Chula University, Vol 30(1): 87-95
Laksono, W.L., Projosantoso A.K., dan Ikhsan J. 2008. Adsorpsi Kitosan Terhadap Ion Ni(II) dan Mn(II) pada Berbagai pH. Jurnal Penelitian Saintek, Vol. 13(1): 95-109.
Lang, L., Chiu K., Lang Q. 2008. Spectrometric Determination of Lead in Agricultural, Food, Dietary Supplement, and Pharmaceutical Samples. Pharma Technology, Vol. 32: 74-83.
Metin, A., dan Erol A. 2016. Fibrous Polymer-Grafted Chitosan/Clay Composite Beads as A Carrier for Immobilization of Papain and Its Usability for Mercury Elimination. Journal Bioprocess and Biosystems Engineering, Vol. 39: 1137-1149
41
Mudasir, G., R Iqmail, dan Endang T. 2008. Immobilization of Dithizone onto Chitin Isolated from Prawn Seawater Shells (P. Merguensis) and Its Preliminary Study for the Adsorption of Cd(II) Ion. Journal Physical Science, Vol. 19(1): 63-78.
Muslimah, Lia D., dan Titin A. 2015. Prekonsentrasi Timbal (II) pada Air Sungai Kapuas Menggunakan Kitosan Terimobilisasi Ditizon. Jurnal Kimia Khatulistiwa, Vol. 4(3): 22-27.
Muzzarelli, R. 1996. Chitin. New York: Pergamon Press.
Ngah, W., Teong L., Wong C., dan Hanafiah M. 2012. Preparation and Characterization of Chitosan and Clinoptilotile with Enhanced Adsorption Properties for Cu2+. Journal Bioresource Technology, Vol. 101: 812-817
Palar, H. 1994. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Jakarta: Rineka Cipta. Rahawarin, S. L. 2011. Potensi Kitin Kepiting Bakau (Scylls olivacea Herbst)
Dalam Menyerap Logam Berat Tembaga (Cu) Dari Limbah Tailing Industri Pertambangan di Timika, Papua. Skripsi. Yogyakarta: Universitas Atmajaya Yogyakarta.
Rahmi dan Julinawati. 2009. Application of Modified Chitosan for Adsorbent Ionic Cu2+ Metal in Diesel Oil. Jurnal Natural, Vol. 9(2).
Rajesh, N., Manikandan S. 2008. Spectrophotometric Determination of Lead After Preconcentration of Its Diphenylthiocarbazone Complex on an Amberlite XAD-1180 Column. Spectrochim Acta, Vol. 70: 754-757. Reddy, D., dan Lee S. 2013. Synthesis and Characterization of a Chitosan Ligand
for The Removal of Copper from Aqueous Media. Journal Applied Polymer Science, Vol. 130: 4542-4550
Rohyami, Y. 2013. Penentuan Cu, Cd, dan Pb dengan AAS Menggunakan Solid Phase Extraxtion. Jurnal Inovasi dan Kewirausahaan, Vol. 2(1): 19-25. Setyaningrum, D. 2014. Sintesis Membran Kitosan-Silika Abu Sekam Padi Untuk
Filtrasi Ion Cd2+ dan Cu2+. Indonesian Journal of Chemistry Science, Vol. 3(1): 75-80.
Sholikah, S. 2014. Perbedaan Penggunaan Adsorben dari Zeolit Alam Teraktivasi dan Zeolit Terimobilisasi Dithizon Untuk Penyerapan Ion Logam Tembaga (Cu2+). Makalah Seminar Nasional. Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
42
Sila, A., Najwa M., Nadhem S., Rafik B., dan Ali B. 2014. Chitin and Chitosan Extracted from Shrimp Waste using Fish Proteases Aided Process: Efficiency of Chitosan in the Treatment of Unhairing Effluents. Journal Polymer Environmental, Vol. 22: 78-87
Skoog, D. 2007. Principles of Instrumental Analysis Sixth Edition. Canada: Thomson Books.
Sugiarto, K. 2003. Kimia Anorganik II. Cetakan Pertama. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.
Sukardjo, J. S., dan Nanik G. M. 2011. Sintesis Kitosan Dari Cangkang Kepiting Dan Kitosan Yang Dimodifikasi Melalui Pembentukan Bead Kitosan Berikatan Silang Dengan Asetaldehid Sebagai Agen Pengikat Silang Untuk Adsorpsi Ion Logam Cr(VI). Jurnal EKOSAINS, Vol. 3(3): 1-13. Wiyarsi, A dan Priyambodo E. 2009. Pengaruh Konsentrasi Kitosan dari
Cangkang Udang Terhadap Efisiensi Penjerapan Logam Berat. Skripsi. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.
Yusrin, A. F. 2014. Perbandingan Kemampuan Silika Gel Abu Sabut Kelapa dan Abu Sekam Padi untuk Menurunkan Kadar Ion Logam Cd2+ dalam Larutan. Skripsi. Semarang: Universitas Negeri Semarang.
