Penggunaan Kitosan Nanopartikel Sebagai Adsorben Pada Limbah Cair Industri Benang Karet Untuk Menurunkan Kadar Logam Zn dan Na, Nilai COD, BOD5, TSS, dan TDS

(1)

PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI

ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET

UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na,

NILAI COD, BOD5, TSS, DAN TDS

TESIS

Oleh

CUT WIRA EMILIA 097006004/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

(2)

PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI

ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET

UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na,

NILAI COD, BOD5, TSS, DAN TDS

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh

CUT WIRA EMILIA 097006004/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

(3)

Judul : PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL

SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR

INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD5,

TSS, DAN TDS

Nama Mahasiswa : CUT WIRA EMILIA Nomor Pokok : 097006004

Program Studi : Magister Ilmu Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil Prof. Dr, Zul Alfian, M.Sc

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 29 Juli 2011

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil

Anggota : 1. Prof. Dr, Zul Alfian, M.Sc

2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

3. Prof. Dr, Harlem Marpaung

4. Dr. Hamonangan, M.Sc

(5)

PERNYATAAN

PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN

KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD5, TSS, DAN TDS

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar

Medan, 29 Juli 2011

Cut Wira Emilia

(6)

i

PENGGUNAAN KITOSAN NANOPARTIKEL SEBAGAI ADSORBEN PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BENANG KARET UNTUK MENURUNKAN

KADAR ION LOGAM Zn DAN Na, NILAI COD, BOD5, TSS, DAN TDS

ABSTRAK

Penelitian ini adalah tentang penggunaan kitosan nanopartikel sebagai adsorben pada limbah cair industri benang karet untuk menurunkan kadar ion logam Zn dan Na, nilai COD, BOD5, TSS, dan TDS dengan variasi berat kitosan

nanopartikel. Kitosan nanopartikel dibuat dengan dilarutkan dalam 100 ml asam asetat 1% dengan menggunakan pengaduk jartes yang dilakukan selama 30 menit, yang kemudian dicampurkan dengan 200 ml sampel limbah cair industri benang karet. Sampel hasil preparasi dianalisis dengan SAA untuk ion Zn2+ dan Na+, juga dianalisis kadar COD, BOD5, TSS, dan TDS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

komposisi paling optimum dihasilkan pada berat kitosan nanopartikel 0,8 g dengan persentase penyerapan ion Zn2+ sebesar 95,37%, ion Na+ 95,27%, dan persentase

penurunan kadar COD sebesar 43,68%; BOD5 73,77%; TSS 78,98%; dan TDS

81,82%.

Kata kunci : Kitosan nanopartikel, adsorben, limbah cair industri benang karet, ion

logam Zn dan Na, COD, BOD5, TSS, TDS.

(7)

ii

THE USE OF CHITOSAN NANOPARTICLES AS ADSORBEN IN LIQUID WASTE OF INDUSTRIAL RUBBER THREAD TO REDUCE CONTENT ION

Zn AND Na, VALUE OF COD, BOD5, TSS, AND TDS jartes stirrer for 30 minutes, which is then mixed with 200 ml samples in liquid waste of industrial rubber thread. Sample resulted in preparation were analyzed AAS for Zn2+ and Na+ ions, were also analyzed contents of COD, BOD5, TSS, and TDS. The

results showed that the optimum composition of weight chitosan nanoparticles produced at 0.8 g with adsorption percentage of 95,37% Zn2+ ions, 95.27% Na+ ions, and the percentage reduction in 43,68% COD; 73,77% BOD5; 78,98% TSS; and

81,82% TDS.

Key words: Chitosan nanoparticles, adsorben, liquid waste of industrial rubber thread, Zn2+ and Na+ ions, COD, BOD5, TSS, TDS.

(8)

iii

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas

segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul “ Penggunaan

Kitosan Nanopartikel Sebagai Adsorben Pada Limbah Cair Industri Benang Karet

Untuk Menurunkan Kadar Logam Zn dan Na, Nilai COD, BOD5, TSS, dan TDS” ini

dapat diselesaikan.

Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril

Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada

penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Dr.

Sutarman, M.Sc, Ketua Program Studi Magister Ilmu Kimia Prof. Basuki

Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr.

Hamonangan, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada

Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Sumatera Utara.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya

ditujukan kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil selaku Pembimbing Utama dan

Bapak Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc selaku Anggota Komisi Pembimbing yang

telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh

kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.

2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Prof. Dr. Harlem Marpaung, Dr.

Hamongan, M.Sc selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan

saran untuk menyelesaikan tesis ini.

3. Kepala Laboratoium Analitik FMIPA USU dan Kepala Laboratorium Penelitian

FMIPA USU beserta staf atas fasilitas dan sarana yang diberikan selama

penelitian juga dalam bantuannya menganalisa sampel.

(9)

iv

4. Ayahanda Drs. Abdurrahman Yusuf dan Ibunda Dra. Dewi Farida Hanum yang

telah memberikan do’a restu serta dorongan moril maupun materil sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.

5. Suami Ir. Darmansyah Kayana dan anak-anak Abdurrahman Arfansya, Farah

Fatimah Wirda, Tari Uswatun Nisa, Rahmat Irfansyah yang tercinta yang telah

memberikan dorongan moril kepada penulis untuk menyelesaikan tesis ini.

6. Rekan-rekan seangkatan 2009 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik

selama perkuliahan maupun selama penelitian.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis

ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu

pengetahuan untuk masa yang akan datang.

Hormat Penulis,

Cut Wira Emilia

(10)

v

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Cut Wira Emilia, S.Si

Tempat dan Tanggal Lahir : Langsa, 31 Maret 1971

Alamat Rumah : Jl. Villa 5C Tanjung Permai

Telepon/HP : 081271792614

Email : cut_wira@yahoo.com

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri 11 Langsa Tamat : 1983

SMP : SMP Negeri 1 Langsa Tamat : 1986

SMU : SMA Negeri 1 Langsa Tamat : 1989

Strata-1 : Universitas Syah Kuala Tamat : 1995

Strata-2 : Universitas Sumatera Utara Tamat : 2011

(11)

vi

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Pembatasan Masalah 3

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Metodologi Penelitian 4

1.7 Lokasi Penelitian 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Kitosan 5

2.1.1 Sifat - Sifat Kitosan 5

2.1.2 Penggunaan Kitosan 6

2.1.3 Interaksi Kitosan Dengan Ion Logam 7

2.1.4 Proses Pengikatan Ion Logam Oleh Kitosan 8

2.2 Nanopartikel 10

2.2.1 Kitosan Nanopartikel 11

2.3 Adsorpsi 11

(12)

vii

2.4 Limbah Industri 12

2.4.1 Limbah Cair Industri 13

2.4.2 Kandungan Logam Berat (Zinkum dan Natrium)

Dalam Limbah Cair Industri 14

2.5 Parameter Untuk Menentukan Kualitas Air 16

2.5.1 Paramater Fisika 16

2.5.2 Parameter Kimia 19

2.6 Spektrofotometri Serapan Atom 21

BAB 3 METODE PENELITIAN 23

3.1 Bahan-Bahan 23

3.2 Alat-Alat 23

3.3 Prosedur Penelitian 24

3.3.1 Pembuatan Pereaksi 24

3.3.1.1 Pembuatan Larutan CH3COOH 1% 24

3.3.1.2 Pembuatan Larutan Baku K2Cr2O7 0,025 N 24

3.3.1.3 Pembuatan Larutan Baku Na2S2O3 0,025 N 24

3.3.1.4 Pembuatan Larutan Baku MnSO4 24

3.3.1.5 Pembuatan Larutan Amilum 25

3.3.1.6 Pembuatan Larutan KOH-KI 25

3.3.1.7 Pembuatan Larutan Baku Zn 10 ppm 25

3.3.1.8 Pembuatan Larutan Standar Na 10 ppm 25

3.3.2 Penentuan Kurva Kalibrasi 26

3.3.2.1 Penentuan Kurva Kalibrasi Larutan Seri

Standar Zn 26

3.3.2.2 Penentuan Kurva Kalibrasi Larutan Seri

Standar Na 26

3.3.3 Pembuatan Kitosan Nanopartikel 26

3.3.4 Preparasi Sampel Limbah Cair Industri Benang

Karet dengan Kitosan Nanopartikel 27

(13)

viii

3.3.5 Penyerapan Ion Zn2+ dan Na+ Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan

Larutan Kitosan Nanopartikel 27

3.3.6 Penentuan Nilai COD Dalam Sampel Hasil Preparasi 28

3.3.7 Penentuan Nilai BOD5 Dalam Sampel Hasil Preparasi 28

3.3.8 Penentuan Nilai TSS Dalam Sampel Hasil Preparasi 29

3.3.9 Penentuan Nilai TDS Dalam Sampel Hasil Preparasi 29

3.4. Bagan Penelitian 30

3.4.1 Pembuatan Kitosan Nanopartikel 30

3.4.2 Preparasi Sampel Limbah Cair Industri Benang

Karet Dengan Kitosan Nanopartikel 30

3.4.3 Penyerapan Ion Zn2+ dan Na+ Dalam Limbah Cair Industri Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan

Kitosan Nanopartikel 31

3.4.4 Penentuan Nilai COD Dalam Sampel Hasil Preparasi 31

3.4.5 Penentuan Nilai BOD5 Dalam Sampel Hasil Preparasi 32

3.4.6 Penentuan Nilai TSS Dalam Sampel Hasil Preparasi 32

3.4.7 Penentuan Nilai TDS Dalam Sampel Hasil Preparasi 33

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 34

4.1 Hasil 34

4.1.1 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan

Metode Kurva Kalibrasi Untuk Standar Zn 34

4.1.2 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan

Metode Kurva Kalibrasi Untuk Standar Na 35

4.1.3 Perhitungan Penyerapan Ion Zn2+ Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya

Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 36

4.1.4 Perhitungan Penyerapan Ion Na+ Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya

4.1.5 Perhitungan Penurunan Nilai COD dan BOD5

Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan

Adanya Penambahan Larutan Kitosan Nanopartikel 38

(14)

ix

4.1.6 Perhitungan Penurunan Nilai TSS dan TDS Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya

4.2 Pembahasan 41

4.2.1 Penyerapan Ion Zn2+ dan Na+ Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan

4.2.2 Penurunan Nilai COD, BOD5, Dalam Limbah Cair

Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan

4.2.3 Penurunan Nilai TSS dan TDS Dalam Limbah Cair Industri Benang Karet Dengan Adanya Penambahan

(15)

x

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Pemanfaatan Kitosan Pada Beberapa Industri 7

4.1 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan Metode Kurva

Kalibrasi Untuk Standar Zn 34

4.2 Perhitungan Persamaan Garis Regresi Dengan Metode Kurva

Kalibrasi Untuk Standar Na 35

4.3 Data Perhitungan Daya Serap Ion Zn2+ Dengan Kitosan

Nanopartikel 37

4.4 Data Perhitungan Daya Serap Ion Na2+ Dengan Kitosan

Nanopartikel 38

4.5 Data Perhitungan Penurunan Nilai COD Dan BOD5 Dengan

4.6 Data Perhitungan Penurunan Nilai TSS dan TDS Dengan

(16)

xi

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Struktur Kitosan 5

2.2 Mekanisme pengikatan Logam Berat Oleh Kitosan 8

2.3 Tahap-Tahap Koagulasi Polielektrolit Kitosan 9

2.4 Mekanisme Koagulasi Perbedaan Muatan 9

2.5 Skematis Instrumentasi SSA 21

3.1 Bagan Penelitian Pembuatan Kitosan Nanopartikel 30

3.2 Bagan Penelitian Preparasi Sampel Limbah Cair Industri

Benang Karet dengan Kitosan Nanopartikel 30

3.3 Bagan Penelitian Penyerapan Ion Zn2+ dan Na+ Dalam Limbah

Cair Industri Karet Dengan Adanya Penambahan Larutan

3.4 Bagan Penelitian Penentuan Nilai COD Dalam Sampel Hasil

Preparasi 31

3.5 Bagan Penelitian Penentuan Nilai BOD5 Dalam Sampel Hasil

Preparasi 32

3.6 Penentuan Nilai TSS Dalam Sampel Hasil Preparasi 32

3.7 Penentuan Nilai TDS Dalam Sampel Hasil Preparasi 33

(17)

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Halaman

1 Gambar 1. Kurva Kalibrasi Larutan Standar Zn 50

Tabel 1. Hasil Pengukuran Konsentrasi dan Absorbansi Dari

Larutan Standar Zn Dengan Menggunakan

Spektrofotometer Serapan Atom 50

2 Gambar 2. Kurva Kalibrasi Larutan Standar Na 51

Tabel 2. Hasil Pengukuran Konsentrasi dan Absorbansi Dari

Larutan Standar Na Dengan Menggunakan

Spektrofotometer Serapan Atom 51

3 Gambar 3. Grafik Hubungan Persentase Penyerapan Ion Zn2+

Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 52

4 Gambar 4. Grafik Hubungan Persentase Penyerapan Ion Na+

Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 53

5 Gambar 5. Grafik Hubungan Persentase Penurunan Nilai COD

dan BOD5Dengan Berat Kitosan Nanopartikel 54

6 Gambar 6. Grafik Hubungan Persentase Penurunan Nilai TSS

dan TDSDengan Berat Kitosan Nanopartikel 55

7 Gambar 7. Hasil FESEM Kitosan Nanopartikel 56