Upload
vohuong
View
238
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG
RAJUNGAN (Portunus pelagicus) SEBAGAI PENYERAP
ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN
NATRIUM SILIKAT
PIPIT PITRIANI
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2010 M/1432 H
1
SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG
RAJUNGAN (Portunus pelagicus) SEBAGAI PENYERAP
ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN
NATRIUM SILIKAT
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
PIPIT PITRIANI 106096003242
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2010 M/1432 H
2
SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG
RAJUNGAN (Portunus pelagicus) SEBAGAI PENYERAP
ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN
NATRIUM SILIKAT
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains Program studi kimia
Fakultas sains dan teknologi Universitas islam negeri syarif hidayatullah Jakarta
Oleh:
PIPIT PITRIANI 106096003242
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Florentinus Firdiyono Hendrawati M.Si NIP: 195602141982021001 NIP: 19720815 200312 2 001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Kimia
Sri Yadial Chalid M.Si NIP: 19680313 200312 2 001
3
PENGESAHAN UJIAN Skripsi yang berjudul “Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Penyerap Ion Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat” yang ditulis oleh Pipit Pitriani, NIM 106096003242 telah diuji dan dinyatakan LULUS dalam sidang Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Kamis, tanggal 9 Desember 2010. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Kimia.
Menyetujui,
Penguji I Penguji II
Dr. Thamzil LAS Drs. Dede Sukandar M.Si NIP. 19490516 197703 1 001 NIP. 19650104 199103 1 001
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Florentinus Firdiyono Hendrawati M.Si NIP: 195602141982021001 NIP: 19720815 200312 2 001
Mengetahui,
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Kimia
Dr. Syopiansyah Jaya Putra M.Sis Sri Yadial Chalid M.Si NIP: 19680117 200112 1 001 NIP: 19860313 200312 2 001
4
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH
HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI
SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU
LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta, Desember 2010
Pipit Pitriani 106096003242
5
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Dengan mengucapkan syukur kehadirat Allah SWT, atas berkat, irodat dan
rahmat-Nya akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul:
“Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus)
sebagai Penyerap Ion Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium
Silikat”.
Dalam menyusun skripsi ini, penulis tidak dapat melupakan jasa-jasa dari
berbagai pihak yang telah meluangkan waktunya yang sangat berharga untuk
memberikan petunjuk, bimbingan serta nasihat-nasihat yang sangat berguna bagi
penulis, maka dengan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada:
1. Bapak Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan fakultas Sains dan
Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Ibu Sri Yadial Chalid M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains
dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Ibu Hendrawati M.Si dan Bapak Dr. Ir. Florentinus Firdiyono selaku
pembimbing skripsi yang telah memberikan arahan dan bimbingannya dalam
menyusun skripsi ini.
4. Ibu Murni Handayani S.Si yang banyak membantu dan memberikan
bimbingan serta membagi pengetahuannya selama penelitian di LIPI.
5. Orang tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan doa dan
dukungannya baik moril maupun materil.
6
6. Kepala dan para karyawan Laboratorium Metalurgi - LIPI yang telah
memberikan segala fasilitasnya untuk melakukan penelitian ditempat ini.
7. Dosen-dosen program studi kimia yang telah banyak memberikan ilmunya.
8. Deny Sudrajat, ayangku yang telah memberikan bantuan, perhatian, semangat
dan dukungan serta doanya.
9. Afit dan Qosim sebagai teman seperjuangan selama penelitian ini telah
memberikan banyak bantuan, dorongan, dan semangatnya.
10. Indra Rani, teman yang selalu bisa bekerja sama dengan baik, bimbingan
bersama, berbagi cerita dan pengatur konsumsi terbaik 06.
11. Ami, dede dan teman-teman seperjuangan lainnya yang tidak disebutkan
namanya, telah banyak- banyak membantu dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna bagi semua pihak,
khususnya bagi penulis sendiri dan umumnya bagi seluruh umat manusia yang
senantiasa cinta dan peduli terhadap ilmu pengetahuan.
Wassalamu’alaikum wr. wb.
Jakarta, Desember 2010
Penulis,
7
DAFTAR ISI
Hal
KATA PENGANTAR ……………………………………………………. vi
DAFTAR ISI ……………………………………………………………… viii
DAFTAR GAMBAR …………………………………………………….. xi
DAFTAR TABEL ………………………………………………………... xiii
DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………… xiv
ABSTRAK ………………………………………………………………… xv
ABSTRACT ………………………………………………………………. xvi
BAB I PENDAHULUAN ………………………………………………… 1
1.1. Latar Belakang ………………………………………………………… 1
1.2. Perumusan Masalah …………………………………………………… 3
1.3. Tujuan Penelitian ……………………………………………………… 4
1.4. Manfaat Penelitian ……………………………………………………. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………… 5
2.1. Pasir Kuarsa (Silika) ………………………………………………….. 5
2.2. Rajungan (Portunus pelagicus) ……………………………………….. 9
2.3. Kitosan ………………………………………………………………… 10
2.4. Adsorpsi ………………………………………………………………. 14
2.5. Isoterm Adsorpsi ……………………………………………………… 16
2.4.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir …………………………………….. 17
2.4.2. Isoterm Adsorpsi Freundlich …………………………………… 17
2.6. Logam Pengotor …………………………………………………….... 19
2.6.1. Besi (Fe) ………………………………………………………… 19
2.6.2. Mangan (Mn) …………………………………………………… 21
8
2.7. Spektroskopi Infra Merah (Fourier Transform Infra Red/FTIR) ……... 23
2.7.1. Jenis Daerah Infra Red (IR) ……………………………………. 23
2.7.2. Jenis Vibrasi Molekul …………………………………………… 25
2.7.3. Daerah Spektrum Infra Red (IR) ……………………………….. 26
2.7.4. Prinsip Kerja Alat FTIR ………………………………………… 27
2.7.5. Keunggulan FTIR ……………………………………………… 28
2.8. Spektroskopi Serapan Atom (Atomic Adsorption Spectroscopy/AAS) .. 28
2.8.1. Prinsip Kerja AAS …………………...…………………………. 29
2.8.2. Komponen-komponen AAS ……………………………………. 30
2.8.3. Preparasi Sampel ……………………………………………….. 31
2.8.4. Keuntungan AAS ………………………………………………. 32
2.9. Scanning Electron Microscope (SEM) ……………………………….. 32
BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………… 34
3.1. Waktu dan Tempat ……………………………………………………. 34
3.2. Bahan dan Alat ……………………………………………………….. 34
3.2.1. Bahan …………………………………………………………… 34
3.2.2. Alat ……………………………………………………………... 34
3.3. Metode Kerja ………………………………………………………….. 35
3.3.1. Persiapan Awal Roasting Pasir Kuarsa ………………………… 35
3.3.2. Pembuatan Larutan Natrium Silikat ……………………………. 35
3.3.3. Persiapan Awal Pembuatan Kitosan …………………………… 36
3.3.4. Analisis FTIR ………………………………………………….. 36
3.3.5. Analisis SEM …………………………………………………… 37
3.3.6. Proses Adsorpsi dengan Metode Batch ………………………… 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………… 41
4.1. Karakteristik Pasir Kuarsa dan Preparasi Natrium Silikat …………..... 41
9
4.2. Isolasi Kitin dan Transformasi Kitosan ………………………………. 42
4.3. Pengaruh variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn.. 49
4.4. Pengaruh variasi waktu terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn ……… 50
4.5. Pengaruh Konsentrasi Asam terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn … 52
4.6. Pengaruh variasi suhu terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn ………... 54
4.7. Perbandingan kitosan sintesis dengan Produk BATAN ………………. 55
4.8. Isoterm Adsorpsi ……………………………………………………… 56
4.9. Kemurnian Natrium Silikat ……………………………………………. 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………….. 60
5.1. Kesimpulan …………………………………………………………… 60
5.2. Saran …………………………………………………………………... 61
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………. 62
LAMPIRAN ……………………………………………………………… 66
10
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 1. Pasir kuarsa …………………………………………………… 5
Gambar 2. Rajungan ………………………………………………………. 9
Gambar 3. Struktur kitin dan kitosan …………………………………….. 11
Gambar 4. Struktur senyawa kompleks kitosan dengan Fe2+ ..…………….. 13
Gambar 5. Isoterm adsorpsi Langmuir ……………………………………. 17
Gambar 6. Isoterm adsorpsi Freundlich …………………………………... 18
Gambar 7. Vibrasi regangan ……………………………………………… 25
Gambar 8. Vibrasi bengkokan …………………………………………….. 26
Gambar 9. Diagram alir FTIR …………………………………………….. 27
Gambar 10. Diagram alir AAS ……………………………………………. 31
Gambar 11. Diagram alir SEM …………………………………………… 33
Gambar 12. Bagan alir kerja penelitian ………………………………….. 40
Gambar 13. Hasil analisa pasir kuarsa …………………………………… 41
Gambar 14. Reaksi kitin menjadi kitosan ………………………………… 45
Gambar 15. Spektrum FTIR bahan dasar cangkang rajungan ……………. 46
Gambar 16. Spektrum FTIR kitosan ……………………………………… 47
Gambar 17. Spektrum FTIR kitin standar produksi Wako, Jepang ………. 48
Gambar 18. Variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ……… 49
Gambar 19. Variasi waktu terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ………............. 51
Gambar 20. Variasi konsentrasi asam terhadap adsorpsi ion Fe & Mn …… 52
Gambar 21. Variasi suhu terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ………………… 54
Gambar 22. Diagram perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan BATAN 55
Gambar 23. (a) grafik isoterm Langmuir adsorpsi ion Fe …………………... 56 (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Fe ………………… 56
11
Gambar 24. (a) grafik isoterm Langmuir adsorpsi ion Mn ……………….. 57 (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Mn ………………. 57
Gambar 25. Pengurangan kadar ion Fe dan Mn …………………………… 59
12
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1. Kualitas standar kitosan ………………………………………….. 13
Tabel 2. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia …………………………… 16
Tabel 3. Komposisi persentase rata-rata batuan pasir …………………….. 19
Tabel 4. Daerah panjang gelombang ……………………………………… 24
Tabel 5. Daerah spektrum infra red serta jenis vibrasinya ………………… 26
Tabel 6. Pengotor pada pasir kuarsa ……………………………………… 42
Tabel 7. Perbandingan pita absorpsi FTIR cangkang rajungan dan kitosan .. 47
13
DAFTAR LAMPIRAN
Hal
Lampiran 1. Bagan Kerja Pembuatan Kitosan …………………………….. 66
Lampiran 2. Bagan Kerja Pembuatan Natrium Silikat …………………….. 67
Lampiran 3. Rendemen, Derajat Deasetilasi, dan Tekstur Kitosan ………... 68
Lampiran 4. Kurva Standar Logam Fe dan Mn …………………………... 70
Lampiran 5. Data Adsorpsi Logam Fe dan Mn ……………………………. 71
Lampiran 6. Data Adsorpsi Logam dengan Persamaan Isoterm …………... 76
Lampiran 7. Foto-foto Hasil Penelitian ……………………………………. 78
Lampiran 8. Hasil Analisa Pasir Kuarsa dengan SEM …………………….. 81
Lampiran 9. Hasil Analisa Kandungan Pasir Kuarsa dengan AAS ……… 82
14
ABSTRAK
PIPIT PITRIANI. Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Penyerap Ion Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat. Dibawah bimbingan Dr. Ir. Florentinus Firdiyono dan Hendrawati M.Si. Kitosan dari cangkang rajungan (Portunus pelagicus) dapat digunakan untuk menurunkan kadar ion logam Fe dan Mn dalam sampel natrium silikat dengan proses adsorpsi. Percobaan ini dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan metode batch. Penentuan kondisi optimum meliputi massa adsorben, waktu kontak, pH, dan suhu. Karakterisasi kitosan dilakukan dengan menggunakan FTIR, sedangkan hasil adsorpsi ion logam dalam natrium silikat dianalisis dengan AAS. Hasil transformasi kitin menjadi kitosan diperoleh derajat deasetilasi 75,99%. Massa kitosan terbaik 0,5 gram dengan persentase adsorpsi Fe 59,09% dan Mn 51,69%. Waktu kontak terbaik 30 menit dengan persentase adsorpsi Fe 72,07% dan Mn 52,50%. pH optimum yaitu pH 3 dengan persentase adsorpsi Fe 77,68% dan Mn 58,67%. Suhu optimum 70oC untuk Fe dengan persentase adsorpsi 85,39% dan suhu optimum 60oC untuk Mn dengan persentase adsorpsi 65,72%. Adsorpsi ion logam Fe dan Mn pada natrium silikat berlangsung secara kimia maupun fisika, akan tetapi lebih dominan secara kimia dengan nilai linearitas 99,9% (R2= 0,999). Kata kunci: Rajungan (Portunus pelagicus), Kitin, Kitosan, Adsorpsi, Logam
pengotor
15
ABSTRACT
PIPIT PITRIANI. Synthesis and Application of Chitosan from Crab Shell (Portunus pelagicus) as Adsorber for Metal Ion Fe and Mn for Sodium Silicate Purification. Supervised by Dr. Ir. Florentinus Firdiyono dan Hendrawati M.Si. Chitosan made of the crab shell (Portunus pelagicus) can be used to reduce the level of metal Fe and Mn ions in sodium silicate sample by adsorption process. The experiment was conducted for laboratory scale using batch method. Determination for optimum conditions pervades variance of adsorbent mass, time contact, pH, and temperature. Characterization of chitosan performed by FTIR, and the adsorption of metal ions in sodium silicate was analyzed by AAS.the transformation from chitin into chitosan obtained deacetylation degree of 75,99%. The best mass of chitosan is 0.5 grams, it gives percentage adsorption for 59,09 % of Fe and 51,69 % of Mn. The best contact time is 30 minutes, it gives 72,07 % for Fe and 52,5 % for Mn. Optimum pH is pH 3 which gives percentage adsorption for 77,68% of Fe and 58,67% of Mn. The best temperature is 70oC for Fe gives 85,39% and is 60oC for Mn gives 65,72%. Adsorption of metal ions of Fe and Mn by sodium silicate occur by chemical and physical process, but dominantly for chemically with value of linearity 99,9% given (R2= 0,999). Key word: Crab (Portunus pelagicus), Chitin, Chitosan, Adsorption, Impurities
of metal
16
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya
cadangan minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi
alternatif. Negara-negara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat
terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan
teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi.
Dalam upaya pencarian sumber energi baru harus memenuhi syarat-syarat
yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak
berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut
diarahkan pada pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak
langsung dengan menggunakan panel sel surya yang dapat mengubah energi
matahari menjadi energi listrik yang dinamakan solar cell (Sinamo, 2007).
Sel surya terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi
bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Bahan silikon terdapat
banyak di bumi. Ia merupakan unsur kedua terbanyak di kulit bumi setelah
oksigen. Terdapat di alam dalam bentuk pasir silika atau yang dikenal juga dengan
quartz dengan rumus kimia SiO2. Silikon yang digunakan untuk sel surya
membutuhkan kemurnian yang sangat tinggi diatas 99,99%. Di dunia
semikonduktor, dikenal dengan “eleven-nine” atau 11 angka 9 yang menyatakan
kadar kemurnian silikon dalam persen; 99,999999999% (Adhi, 2008). Silikon
untuk keperluan semikonduktor harus memiliki unsur pengotor dalam satuan
bagian per semilyar (ppb) atau bagian per trilyun (ppt). Jika kadar kemurnian
17
silikon di bawah nilai nominal tersebut, dapat dijamin bahwa sebuah prosesor atau
memori komputer atau sel surya tidak dapat berjalan dengan baik (Adhi, 2008).
Di Indonesia penambangan pasir silika ini dilakukan di Kalimantan
Tengah dan Jawa Tengah. Di pesisir pantai selatan Jawa juga diyakini memiliki
kandungan pasir silika. Silikon yang dipakai untuk keperluan semikonduktor dan
sel surya diambil dari hasil pemisahan Si dan O. Saat ini, penghasil silikon
terbesar di dunia ialah Cina, Amerika, Brazil, Norwegia dan Prancis. Cadangan
sumber daya silika dan kebutuhan tenaga listrik yang cukup besar menjadi alasan
mengapa negara-negara di atas memimpin dalam menghasilkan silikon (Guntoro,
2008).
Pasir kuarsa dari Indonesia mengandung pengotor unsur Al, Fe, Ca, Mg,
Ti dan lain-lain yang membentuk ikatan kompleks dengan senyawa SiO2. Salah
satu cara yang dapat dilakukan untuk memurnikan silika dari pasir kuarsa agar
terbebas dari pengotor, yaitu dengan memanfaatkan limbah rajungan sebagai
adsorpsi melalui proses pengubahan cangkang rajungan menjadi kitin dan kitosan.
Menurut Rochima (2008), salah satu alternatif upaya pemanfaatan limbah
cangkang rajungan agar memiliki nilai dan daya guna limbah cangkang rajungan
menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi adalah pengolahan menjadi kitin
dan kitosan.
Wilayah perairan Indonesia merupakan sumber cangkang hewan
invertebrate laut berkulit keras (Crustacea) yang mengandung kitin secara
berlimpah. Kitin yang terkandung dalam Crustacea berada dalam kadar yang
cukup tinggi berkisar 20-60% tergantung spesiesnya. Limbah berkitin di
Indonesia yang dihasilkan saat ini sekitar 56.200 ton pertahun (Departemen
Kelautan dan Perikanan, 2000).
18
Keberadaan gugus amida dalam kitin dan gugus amina dalam kitosan telah
menjadikan kitin dan kitosan sebagai adsorben yang mampu mengikat logam
berat seperti Cd, Cu, Pb, Fe, Mn dan lainnya. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa kitosan dapat mengikat logam berat 4 sampai 5 kali lebih besar
adsorpsinya dari kitin (Kusumawati, 2009). Hal ini terkait dengan adanya gugus
amina terbuka sepanjang rantai kitosan sehingga kitosan lebih mudah berinteraksi
dengan larutan berpelarut air (lebih hidrofilik) dari pada kitin (Herwanto dan
Santoso, 2006).
Penelitian ini dilakukan untuk menghilangkan logam-logam pengotor yang
terdapat pada pasir kuarsa dengan metode adsorpsi menggunakan kitosan dari
cangkang rajungan serta analisis penyerapan ion logam pengotor menggunakan
AAS (Atomic Adsorption Spectroscopy), agar diperoleh silika dari pasir kuarsa
yang mempunyai kemurnian yang sangat tinggi untuk keperluan pembuatan sel
surya.
1.2. Perumusan Masalah
1. Bagaimana proses pembuatan kitosan dari limbah cangkang rajungan?
2. Bagaimana terjadinya proses adsorpsi ion logam Fe dan Mn oleh kitosan?
3. Bagaimana pengaruh variasi beberapa parameter (massa kitosan, waktu,
pH, dan suhu) terhadap kemampuan adsorpsi ion logam Fe dan Mn oleh
kitosan?
19
1.3. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui proses pembuatan kitosan dari limbah rajungan dan
menghasilkan derajat deasetilasi kitosan yang optimum.
2. Mengetahui proses adsorpsi yang terjadi pada ion logam Fe dan Mn oleh
kitosan.
3. Mengetahui kondisi optimum (massa kitosan, waktu, pH dan suhu) dari
kitosan dalam menyerap ion logam Fe dan Mn.
1.4. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai cara
pembuatan kitosan dari limbah rajungan, dan manfaat kitosan sebagai pengikat
ion logam Fe dan Mn untuk memurnikan pasir kuarsa (silika) sebagai bahan baku
untuk pembuatan sel surya.
20
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pasir Kuarsa (Silika)
Pasir kuarsa merupakan bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika
(SiO2) dan mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses
pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil
pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan bijih
batuan. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang
terendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut (Kimung, 2008.).
Gambar 1. Pasir kuarsa
Butirannya secara khas di semen bersama-sama oleh tanah kerikil atau
kalsit untuk membentuk batu pasir tersebut. Batu pasir paling umum terdiri atas
butir kuarsa sebab kuarsa adalah suatu mineral yang umum yang bersifat
menentang laju arus. Batu pasir dapat memiliki berbagai jenis warna, dengan
warna umum adalah coklat muda, coklat, kuning, merah, abu-abu dan putih.
Karena lapisan batu pasir sering kali membentuk karang atau bentukan topografis
tinggi lainnya, warna tertentu batu pasir dapat diidentikkan dengan daerah
tertentu. Sebagai contoh, sebagian besar wilayah di bagian barat Amerika Serikat
dikenal dengan batu pasir warna merahnya (Anonim, 2008).
21
Sifat kimia batu pasir diantaranya konstitusi kimia dari batu pasir adalah
sama dengan pasir, batu dengan demikian pada dasarnya terdiri dari kuarsa.
Bahan penyemenan alam yang mengikat pasir bersama sebagai batu biasanya
terdiri dari silika, kalsium karbonat, atau oksida besi. Persentase masing-masing
unsur adalah sebagai berikut:
SiO2 93-94%
Besi (Fe2O3) 1,5% -1,6%
Alumina (Al2O3) 1,4 1,5%
Soda (Na2O) & Potash (K2O) 1,0% menjadi 1,2%
Kapur (CaO) 0,8% menjadi 0,9%
Magnesia (MgO) 0,2-0,25%
Lost of Ignition (LOI) 1,0% menjadi 1,2%
Sangat tahan terhadap asam, alkali dan dampak termal.
Karakteristik Batu pasir diantaranya:
• Warna
Warna bervariasi dari merah, hijau, kuning, abu-abu dan putih. Variasi
tersebut adalah hasil dari materi yang mengikat dan persentase konstituen.
• Penyerapan Air
Kapasitas penyerapan air tidak lebih dari 1,0%
• Kekerasan
Terletak antara 6 sampai 7 pada Skala Moh's Kepadatan 2,32-2,42 kg/m3
• Porositas
Porositas bervariasi dari rendah sampai sangat rendah.
• Kekuatan tekan
Bervariasi 365-460 kg/m2 (Anonim, 2008)
22
Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat
padat yang mempunyai titik didih tinggi (2355oC), keras, yang setiap kepingnya
merupakan suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat.
Sebuah contoh dari zat padat demikian, adalah silikon dioksida, yang terdapat
dialam dalam bentuk kuarsa, aqata (akik), pasir, dan seterusnya (Rohayati, 2009).
Batu pasir merupakan jenis batuan sedimen klastik. Batuan sedimen
klastik merupakan batuan sedimen yang terbentuk oleh proses pembentukan
kembali segala macam sumber batuan pada kondisi tekanan (P) dan temperatur
(T) normal di permukaan bumi. Proses pembentukan batuan sedimen klastika ini
secara alami dapat dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu:
1. Proses pelapukan baik mekanis (proses penghancuran batuan secara
desintegratif) maupun secara kimiawi (dekomposisi).
2. Proses erosi dan transportasi atau pengangkutan material sedimentasi dari
sumbernya melalui beberapa media, yaitu berupa air, angin, ataupun es.
3. Proses pengendapan, yang merupakan tahap terakhir dari perjalanan
material yang terangkut dari hasil pengangkutan batuan asal yang dikenal
juga dengan bahan-bahan allogenik (Anonim, 2008).
Di Indonesia, khususnya Sumatera Utara keadaan industri pertambangan
bahan galian alam seperti pasir kuarsa belum berkembang pesat, salah satu
penyebabnya karena pemakaian bahan galian tersebut belum optimum. Endapan
pasir kuarsa banyak tersebar di beberapa tempat di Indonesia dan beberapa tempat
di Sumatera Utara yaitu sepanjang pantai Kabupaten Asahan (Asmuni, 2008).
Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3,
TiO2, CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung
pada senyawa pengotornya, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65 g/cm3, titik
23
lebur 1715oC, bentuk kristal hexagonal, panas spesifik 0,185, dan konduktivitas
panas 12–100oC (Kimung, 2008).
Pada umumnya hasil tambang berupa mineral industri seperti batu
gamping, tanah liat dan pasir kuarsa memiliki kualitas yang rendah, disebabkan
banyaknya bahan pengotor yang mencampuri mineral tersebut. Bahan pengotor
ini dapat terjadi karena adanya proses sedimentasi endapan lumpur yang mungkin
bercampur dengan mineral tersebut. Pasir kuarsa merupakan salah satu mineral
industri yang mempunyai banyak pengotor terutama unsur besinya (Sulistiyono,
2005).
Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang
meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan ikutan. Sebagai
bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel,
mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide bahan abrasit (ampelas
dan sand blasting) dan sekarang dipakai untuk bahan baku pembuatan sel surya
dengan cara memurnikan SiO2 yang terdapat pada pasir kuarsa. Sedangkan
sebagai bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan
pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya (Kimung, 2008).
Pasir kuarsa (silika) dapat dibentuk menjadi kaca natrium silikat dengan
menambahkan natrium karbonat anhidrat pada suhu yang tinggi.
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2
Titik leleh dari kaca tersebut sekitar 900 oC, dan keadaan berkaca dihasilkan jika
pendinginan melewati suhu tersebut dilakukan dengan cepat. Produk ini dapat
larut dalam air (Oxtoby, et al., 2003).
24
2.2. Rajungan (Portunus pelagicus)
Jika dilihat dari morfologinya, rajungan termasuk hewan dasar laut/bentos
yang umumnya berenang ke permukaan pada malam hari untuk mencari makan.
Rajungan hidup di daerah pantai berpasir lumpur dan di perairan depan hutan
mangrove. Rajungan biasanya hidup dengan membenamkan tubuhnya ke dalam
pasir. Rajungan jantan berwarna dasar biru dengan bercak-bercak putih terang,
sedangkan rajungan betina berwarna dasar hijau kotor dengan bercak-bercak putih
kotor (Ermawati dkk., 2009).
Gambar 2. Rajungan (Portunus pelagicus)
Taksonomi dari rajungan dapat dilihat sebagai berikut:
Bangsa : Arthropoda
Kelas : Crustacea
Sub Kelas : Malacostraca
Super Ordo : Eucarida
Ordo : Decapoda
Famili : Portunidae
Marga : Portunus
Jenis : Portunus pelagicus (Ermawati dkk., 2009).
Limbah rajungan biasanya dibuang begitu saja. Limbah industri
pengalengan rajungan (Portunus pelagicus) adalah berupa cangkang dan kaki
rajungan yang mencapai 75% - 85%, dapat diolah menjadi kitin dan kitosan
dengan rentang pemanfaatan yang luas, yaitu dapat diaplikasikan pada bidang
nutrisi, pangan, medis, kosmetik, lingkungan, dan pertanian (Ermawati dkk.,
2009).
25
Selain itu juga, kitosan dari limbah cangkang rajungan dapat dimanfaatkan
untuk berbagai keperluan, salah satunya yang sedang marak diteliti saat ini adalah
pemanfaatan kitosan sebagai penyerap (adsorben) logam berat pada air limbah.
Kitosan dapat berfungsi sebagai adsorben terhadap logam dalam air limbah karena
kitosan mempunyai gugus amino (NH2) dan gugus hidroksil (OH) bebas yang
berfungsi sebagai situs chelation (situs ikatan koordinasi) dengan ion logam guna
membentuk chelate (Ermawati dkk., 2009). Proses pengikatan logam
(pengkelatan) merupakan proses keseimbangan pembentukan kompleks logam
dengan senyawa pengkelat.
2.3. Kitosan
Kitosan merupakan senyawa turunan kitin, senyawa penyusun rangka luar
hewan berkaki banyak seperti kepiting, ketam, udang, dan serangga. Nama kitin
(chitin) berasal dari bahasa Yunani yang artinya “Jubah” atau “amplop”. Kitosan
dan kitin termasuk senyawa kelompok polisakarida seperti zat pati (tepung) dan
selulosa (komponen serat dari dinding sel tumbuhan) (Mahendra, 2007).
Secara kimiawi kitin merupakan polimer β-(1,4)-2-asetamida-2-dioksi-D-
glukosa. Struktur kitin hampir sama dengan selulosa yang tidak dapat dicerna oleh
vertebrata, perbedaannya gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon yang
kedua selulosa digantikan oleh gugus amida pada kitin (Sedjati, 2006). Kitin tidak
larut dalam air sehingga penggunaannya terbatas. Salah satu turunan kitin adalah
kitosan, suatu senyawa yang mempunyai rumus kimia β-(1,4)-2-amino-2-dioksi-
D-glukosa (Puspawati dan Simpen, 2010).
Perbedaan kitin dan kitosan hanya terdapat pada perbandingan gugus
amina primer dan amida pada atom C-1 unit polimer. Jika gugus amina primer
lebih banyak (>50%) daripada gugus amida maka polimer disebut kitosan
26
(Sedjati, 2006). Kitosan didapatkan melalui proses deasetilasi dari kitin, dimana
gugus asetil pada kitin, oleh hidrogen diubah menjadi gugus amin dengan
penambahan larutan basa kuat berkonsentrasi tinggi (Herwanto dan Santoso,
2006). Secara struktur kimia, kitosan adalah kitin yang telah mengalami
deasetilasi (kehilangan gugus asetil).
(a)
(b)
Gambar 3. Struktur (a) kitin dan (b) kitosan (Sedjati, 2006)
Kitosan dapat diperoleh dengan mengkonversi kitin melalui proses
deasetilasi. Sedangkan kitin dapat diperoleh dari kulit udang, kulit kepiting, dan
serangga. Kitin banyak terdapat juga pada jamur. Isolasi kitin dari jamur pertama
kali dilakukan oleh peneliti asal Prancis, Henri Braconnot, pada tahun 1811.
Isolasi kitin dari serangga pertama kali dilakukan oleh A. Odier, peneliti asal
Prancis juga, pada tahun 1820. Sedangkan konversi kitin menjadi kitosan
ditemukan oleh C. Rouget pada tahun 1859. pada saat itu, Rouget berhasil
menemukan bahwa kitin dapat menjadi senyawa yang lebih larut dalam air setelah
direaksikan dengan basa sambil dipanaskan, karena dengan pemanasan kelarutan
dari kitosan akan lebih tinggi (Mahendra, 2007).
27
Kitosan tidak larut dalam larutan alkali dengan pH diatas 6,5. Kitosan
mudah larut dalam asam organik seperti asam format, asam asetat, dan asam sitrat
(Rahayu dan Purnavita, 2007). Kitosan merupakan polimer multifungsi karena
mengandung 3 jenis gugus fungsi yaitu gugus amino, gugus hidroksi primer dan
sekunder. Adanya gugus fungsi tersebut menyebabkan kitosan mempunyai
reaktifitas kimia yang tinggi dan kitosan dapat berperan sebagai donor elektron
(penyumbang elektron). Pada pembentukan kitosan-ion logam, ligan NH2
bertindak sebagai basa Lewis yang menyumbangkan sepasang elektron ke ion
logam (asam Lewis) membentuk ikatan kovalen koordinasi. Dengan gugus fungsi
tersebut maka kitosan memiliki potensi sebagai adsorben, diduga dapat
berinteraksi dengan kation logam berat (Marganof, 2003; Rora, 2007; Rahayu dan
Purnavita, 2007; Syahmani dan Arif Sholahuddin, 2009).
Selain sebagai bahan flokulan, kitosan juga dapat berfungsi sebagai
pengkelat logam-logam berat seperti Fe, Cu, Cd, Ag, Pb, Cr, Ni, Mn, Co, Zn, dan
bahan-bahan radioaktif seperti uranium (Firdaus, 2008). Kitosan merupakan
biopolimer alam yang bersifat polielektrolit kationik yang berpotensi tinggi untuk
penyerapan logam dengan mudah terbiodegradasi serta tidak beracun.
Rosita (2005) menyebutkan bahwa terdapat dua model pengikatan ion
logam menjadi ion kompleks. Model pertama yaitu pola rantai (perdant pattern)
dimana ion-ion logam berikatan satu gugus amino pada kitosan seperti yang
ditunjukkan oleh gambar 4(1). Model yang kedua yaitu pola jembatan (bridge
pattern) dimana ion logam mengikat dua atau lebih gugus amino dan satu atau
lebih gugus hidroksil pada kitosan seperti yang disajikan pada gambar 4(2) dan
gambar 4(3).
28
Gambar 4. Struktur senyawa kompleks kitosan dengan Fe (Rosita, 2005)
Adapun reaksi pengikatan ion Fe dengan kitosan adalah sebagai berikut:
Kit-NH2 + H3O+ Kit-NH3+ + H2O ……………. 2.1)
Kit-NH3+ + H2O + Fe2+ (Kit-Fe)2+ + NH4OH ……. .…. 2.2)
Besarnya nilai parameter standar yang dikehendaki untuk kitosan dalam
dunia perdagangan dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Kualitas standar kitosan
Sifat – sifat Kitosan Nilai yang dikehendaki
Ukuran partikel Kadar Air (% W/W) Kadar Abu (% W/W) Derajat deasetilasi Viskositas • rendah • sedang • tinggi • paling tinggi (eps)
butiran – bubuk < 10,0 >2,0 > 70,0 < 200 200 – 799 800 – 2.000 >2000
Sumber: Rosita (2005)
Kitin dan kitosan dinegara maju telah diproduksi secara komersial
mengingat manfaatnya di berbagai industri, seperti bidang farmasi, biokimia,
29
bioteknologi, kosmetika, biomedika, industri kertas, industri pangan, industri
tekstil, dan lain-lain. Pemanfaatan tersebut didasarkan atas sifat-sifatnya yang
dapat digunakan sebagai pengemulsi, koagulasi, pengkelat, dan penebal emulsi
(Hendri, 2008).
Kitosan memiliki sifat reaktivitas kimia yang tinggi sehingga mampu
mengikat air dan minyak. Hal ini didukung oleh adanya gugus polar dan non polar
yang dikandungnya. Alkaloida basa dan asam lemak larut dalam pelarut non polar
kitosan yang bersifat basa, karena mengandung dua gugus fungsi amina setiap
unit berulangnya dapat mengikat asam lemak bebas melalui ikatan asam-basa.
Karena kemampuan tersebut, kitosan dapat digunakan sebagai bahan pengental
atau pembentuk gel yang sangat baik, sebagai pengikat, penstabil, dan pembentuk
tekstur (Firdaus, 2008).
2.4. 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). Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau
molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan
cenderung menarik molekul-molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan
padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya,
konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas
atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair,
padat-gas atau gas-cair. Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut
adsorbat, sedangkan permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat
30
disebut adsorben. Pada adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya
terjadi pada permukaan adsorben.
Menurut Saniyyah (2010), faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi
antara lain:
1. Sifat fisika dan kimia adsorben, yaitu luas permukaan, pori-pori, dan
komposisi kimia.
2. Sifat fisika dan kimia adsorbat, yaitu ukuran molekul, polaritas molekul,
dan komposisi kimia.
3. Konsentrasi adsorbat dalam fasa cair, seperti pH dan temperatur.
4. Lamanya proses adsorpsi tersebut berlangsung.
Berdasarkan besarnya interaksi antara adsorben dan adsorbat, adsorpsi dibedakan
menjadi dua macam yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.
Dalam adsorpsi fisika, molekul-molekul teradsorpsi pada permukan
adsorben dengan ikatan yang lemah (ikatan Van Der Waals). Adsorpsi ini bersifat
reversibel, sehingga molekul-molekul yang teradsorpsi mudah dilepaskan kembali
dengan cara menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut. Panas adsorpsi
yang menyertai adsorpsi fisika yaitu berkisar 10 kJ/mol.
Adsorpsi fisika umumnya terjadi pada temperatur yang rendah dan jumlah
zat yang teradsorpsi akan semakin kecil dengan naiknya suhu. Demikian juga
kondisi kesetimbangan tercapai segera setelah adsorben bersentuhan dengan
adsorbat. Hal ini dikarenakan dalam fisika tidak melibatkan energi aktivasi.
Pada adsorpsi kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan
adsorben bereaksi secara kimia. Hal ini disebabkan pada adsorpsi kimia terjadi
pemutusan dan pembentukan ikatan. Oleh karena itu, panas adsorpsinya
mempunyai kisaran yang sama seperti reaksi kimia, yaitu berkisar 100 kJ/mol.
Ikatan antara adsorben dengan adsorbat dapat cukup kuat sehingga spesies aslinya
31
tidak dapat ditemukan kembali. Adsorpsi ini bersifat irreversibel dan diperlukan
energi yang banyak untuk melepaskan kembali adsorbat (dalam proses adsorpsi)
karena ikatannya berupa ikatan kimia yang sangat kuat. Pada umumnya, dalam
adsorpsi kimia jumlah (kapasitas) adsorpsi bertambah besar dengan naiknya
temperatur. Zat yang teradsorpsi membentuk satu lapisan monomolekuler dan
relatif lambat tercapai kesetimbangan karena dalam adsorpsi kimia melibatkan
energi aktivasi (Oscik, 1982).
Secara singkatnya perbedaan adsorpsi secara fisika dan secara kimia dapat
dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 2. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia
Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh gaya van der Waals
Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan kimia
Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai – 40 kJ/mol
Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai – 800 kJ/mol
Dapat membentuk lapisan multilayer Membentuk lapisan monolayer
Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di bawah titik didih adsorbat Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi
Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan fungsi adsorbat
Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan karakteristik adsorben dan adsorbat
Tidak melibatkan energi aktifasi tertentu Melibatkan energi aktifasi tertentu
Bersifat tidak spesifik Bersifat sangat spesifik
2.5. Isoterm Adsorpsi
Percobaan adsorpsi yang paling umum adalah menentukan hubungan
jumlah gas teradsorpsi (pada adsorben) dan tekanan gas. Pengukuran ini dilakukan
pada suhu tetap, dan hasil pengukuran digambarkan dalam grafik dan disebut
isoterm adsorpsi.
32
2.5.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir
Isoterm adsorpsi Langmuir menggambarkan hubungan antara zat yang
teradsorpsi dengan konsentrasi pada keadaan kesetimbangan dan temperatur yang
tetap dan adsorpsi yang terjadi pada permukaan monolayer.
Gambar 5. Isoterm adsorpsi Langmuir
Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis
dengan menganggap terjadi adsorpsi terlokalisasi pada molekul adsorbat, yaitu
molekul yang teradsorpsi tidak dapat bergerak di sekeliling adsorben. Isoterm
adsorpsi Langmuir terjadi pada adsorben yang bersifat homogen. Selain itu, panas
adsorpsi tidak bergantung pada luas permukaan yang ditutupi adsorbat
(Mahendra, 2007). Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dengan rumus (Oscik,
1982):
……………………………………… 2.3)
Keterangan: C = konsentrasi molekul zat yang bebas (yaitu terdapat dalam larutan) x = jumlah mol zat yang terjerap per milligram penjerap a = tetapan x/m = kapasitas monolayer 2.5.2. Isoterm Adsorpsi Freundlich
Isoterm adsorpsi Freundlich merupakan hubungan antara zat yang
teradsorpsi dengan konsentrasi pada keadaan kesetimbangan pada temperatur
yang tetap dan adsorpsi yang terjadi pada permukaan multilayer. Artinya pusat-
pusat aktif permukaan adsorben bersifat heterogen sehingga adsorbat akan
membentuk lapisan yang multilayer (Mahendra, 2007).
33
Gambar 6. Isoterm adsorpsi Freundlich
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dinyatakan sebagai:
…………………………… 2.4)
Keterangan:
X = berat zat teradsorpsi (mg/L) M = berat adsorben (g) C = konsentrasi zat terlarut setelah tercapai kesetimbangan adsorpsi (mg/L) k dan n = tetapan yang tergantung pada jenis adsorben, adsorbat, dan temperatur Persamaan 2.4 juga dapat diturunkan menjadi:
Log (X/M) = Log k + 1/n Log C …………………………. 2.5)
Nilai k dan n dari persamaan ini adalah tetapan yang menyatakan keheterogenan
pusat-pusat aktif permukaan suatu adsorben. Suatu permukaan adsorben dikatakan
homogen jika memenuhi n ≤ 1 (Mahendra, 2007).
Isoterm adsorpsi Freundlich berbeda dengan isoterm adsorpsi Langmuir,
dimana pada isoterm adsorpsi Freundlich gaya yang terjadi antara adsorbat
dengan permukaan adsorben merupakan gaya Van der Waals, sehingga adsorpsi
yang terjadi pada isoterm adsorpsi Freundlich merupakan adsorpsi fisika.
Sedangkan pada isoterm adsorpsi Langmuir ikatan yang terjadi antara adsorbat
dengan permukaan adsorben merupakan ikatan kimia, sehingga adsorpsi yang
terjadi pada isoterm adsorpsi Langmuir merupakan adsorpsi kimia (Mahendra,
2007).
34
2.6. Logam Pengotor
Pasir kuarsa atau silika masih memiliki logam-logam pengotor diantaranya
besi (Fe), aluminium (Al), kalsium (Ca), titanium (Ti), mangan (Mn), magnesium
(Mg), dan karbon (C) (Guntoro, 2008). Ikatan kompleks antara kristal silika
dengan pengotor melibatkan pengotor oksida besi, aluminium, titanium, kalsium,
magnesium dan lain-lain. Pasir kuarsa mempunyai warna yang berbeda-beda
tergantung pada pengotor oksida didalamnya. Selain itu komposisi pasir juga
tergantung pada tempat penambangan pasir.
Tabel 3. Komposisi persentase rata-rata batuan pasir (Anonim, 2003)
Oksida Batuan pasir (%)
SiO2 70,0
TiO2 0,58
Al2O3 8,2
Fe2O3 2,5
FeO 1,5
MnO 0,06
MgO 1,9
CaO 4,3
Na2O 0,58
K2O 2,1
H2O 3,0
2.6.1. Besi (Fe)
Besi merupakan logam transisi dan memiliki nomor atom 26. Bilangan
oksidasi Fe adalah +3 dan +2. Besi memiliki berat atom 55,845 g/mol, titik leleh
1.5380 C, dan titik didih 2.8610 C. Besi mempunyai urutan sepuluh besar sebagai
unsur di bumi. Besi menyusun 5 - 5,6% dari kerak bumi dan menyusun 35% dari
massa bumi. Besi menempati berbagai lapisan bumi. Konsentrasi tertinggi
terdapat pada lapisan dalam dari inti bumi dan sejumlah kecil terdapat di lapisan
35
terluar kerak bumi. Beberapa tempat di bumi bisa mengandung Fe mencapai 70%
(Widowati dkk., 2008).
Logam Fe ditemukan dalam inti bumi berupa hematit. Fe hampir tidak
dapat ditemukan sebagai unsur bebas. Fe diperoleh dalam bentuk tidak murni
sehingga harus melalui reaksi reduksi guna mendapatkan Fe murni. Fe ditemukan
terutama sebagai mineral hematit (Fe2O3); magnetit (Fe3O4); mineral lain yang
merupakan sumber Fe adalah limonit (FeO(OH)nH2O), siderit (FeCO3), dan
takonit.
Bijih besi yang dipanaskan dengan karbon (C) pada suhu 1100-1200oC
akan menghasilkan lelehan alloy yang mengandung 95% Fe dam 3,5% C. Bijih
besi hematit (Fe2O3) mengandung 70% Fe; magnetit (Fe3O4) mengandung 72%
Fe; limonit (Fe2O3 + H2O) mengandung 50-66% Fe; dan siderit (FeCO3)
mengandung 48% Fe.
Besi diproduksi secara industri dari bijih besi, yaitu hematit (Fe2O3) dan
magnetit (Fe3O4) dengan menggunakan reaksi karbotermik (reduksi menggunakan
C) pada tanur suhu tertentu. Reaksi yang terjadi adalah:
C + O2 CO2 (500-700oC) …….. 2.6)
C + CO2 2CO (>1500oC) ……... 2.7)
CO + 3Fe2O3 2Fe3O4 + CO2 (500oC) ……... 2.8)
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (850oC) ……... 2.9)
FeO + CO2 Fe + CO2 (1000oC) ……... 3.0)
Logam besi (Fe) sebagian besar digunakan dalam pembuatan baja dan
menghasilkan hampir 95% baja di dunia dengan berbagai kombinasi kekuatan
baja. Baja dikenal sebagai alloy besi.
Fe (II) oksida atau FeO, berupa bubuk berwarna hitam, dalam keadaan
tertentu bisa mengakibatkan ledakan ketika terkena panas; Fe (III) atau Fe2O3,
36
dapat digunakan dalam pelapisan magnet audio dan komputer, dan dalam
lingkungan basa mampu menghambat korosi. Senyawa fero teroksidasi menjadi
feri cukup lama melalui oksigen atmosfer. Senyawa yang terbentuk adalah Fe2O3
atau dalam bentuk hidratnya. Feri oksida umumnya tidak berubah karena
kelarutannya sangat kecil.
Pasir kuarsa merupakan salah satu mineral industri yang mempunyai
banyak pengotor terutama unsur besinya (Sulistiyono, 2005). Butiran di dalam
batu pasir tersement bersama dengan silika atau kalsium karbonat atau oksida
besi. Warna coklat dan belang pada batu pasir yang kasar disebabkan sejumlah
kecil dari mineral mineral besi (Anonim, 2008). Kandungan besi dalam pasir
berbeda-beda. Kandungan mineral besi di daerah kawasan pantai (Selatan Lebak)
desa Cibobos, Banten sebesar 2-6,2% (C. W. Hersenanto dkk, 2009).
2.6.2. Mangan (Mn)
Mangan (Mn) adalah logam berwarna abu-abu keputihan, memiliki sifat
mirip dengan besi (Fe), merupakan logam keras, mudah retak, serta mudah
teroksidasi. Sebagian Mn memiliki bilangan oksidasi (biloks) +2, +3, +4, +6, dan
+7. Contohnya MnO (biloks +2), Mn2O3 (biloks +3), MnO2 (biloks +4), Mn2O72-
(biloks +6) dan Mn2O7 (biloks +7). Biloks +2 mudah bereaksi dengan asam
hidroklorit membentuk MnCl2, sedangkan biloks +3 (manganit) bersifat tidak
stabil dan mudah berubah menjadi biloks +2. Status biloks +4 banyak sebagai
MnO2, sedangkan biloks +4 bersifat amfoterik (bisa bersifat asam maupun basa)
yang dapat mendonasikan dan menerima elektron dalam reaksi kimia. Bilangan
oksidasi (biloks) +6 terdapat dalam bentuk manganat (MnO4-), sedangkan biloks
+7 terdapat dalam ion permanganat (Mn4-) yang bersifat stabil. Terdapat pula
37
biloks +1 (pengompleks sianida), juga terdapat biloks +5 yang bersifat tidak
stabil. Mn+7 merupakan oksidator yang kuat (Widowati dkk., 2008).
Mineral mangan tersebar secara luas dalam banyak bentuk; oksida, silikat,
karbonat adalah senyawa yang paling umum. Penemuan sejumlah besar senyawa
mangan di dasar lautan merupakan sumber mangan dengan kandungan 24%,
bersamaan dengan unsur lainnya dengan kandungan yang lebih sedikit.
Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh.
Mangan sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin perlahan-
lahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam
baja, mangan meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan,
dan kemampuan pengerasan. Dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan
sejumlah kecil tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik. Logam
mangan bersifat ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat
sebagai bentuk allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada
suhu luar biasa tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi
alfa pada suhu tinggi, dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa (Widowati
dkk., 2008).
Mangan bereaksi dengan air dan larut dalam larutan asam menghasilkan
garam mangan yang larut dan hydrogen (H2). Reaksi mangan sebagai berikut:
Mn + 2HCl MnCl2 + H2
Mangan banyak digunakan pada berbagai alloy. Mangan digunakan sebagai bahan
campuran logam karena mangan bisa menghasilkan logam sehingga mudah
dibentuk, meningkatkan kualitas kekuatan logam, kekerasan dan ketahanan.
Sekitar 90% mangan (Mn) dunia digunakan dengan tujuan metalurgi, yaitu untuk
produksi besi-baja, sedangkan penggunaan Mn untuk tujuan non-metalurgi antara
38
lain digunakan untuk membuat baterai kering, keramik, gelas, serta bahan kimia
(Widowati dkk., 2008).
Jika air yang mengandung besi atau mangan dibiarkan terkena udara atau
oksigen maka reaksi oksidasi besi atau mangan akan timbul dengan lambat
membentuk endapan atau gumpalan koloid dari oksida besi atau oksida mangan
yang tidak diharapkan. Menurut Widowati dkk (2008), keberadaan mangan (Mn)
dalam suatu batuan itu kandungannya berbeda-beda. Seperti pada batuan kapur
mengandung Mn 0,08%, batuan karbonat mengandung Mn 0,07%, batuan api
mengandung Mn 0,08%, sedangkan pada batuan pasir mengandung Mn 0,06%.
2.7. Spektroskopi Infra Merah (Fourier Transform Infra Red/ FTIR)
Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati
interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah
panjang gelombang 0,75 – 1,000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10
cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark
Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang
elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang
keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan (Giwangkara S., 2007).
2.7.1. Jenis Daerah Infra Red (IR)
Telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan
rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan
kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian
daerah panjang gelombang pada Tabel 2, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah,
yaitu:
39
a. Daerah Infra Merah dekat
b. Daerah Infra Merah pertengahan
c. Daerah infra merah jauh (Giwangkara S., 2007)
Tabel 4. Daerah panjang gelombang
Jenis Panjang Gelombang Interaksi Bilangan Gelombang
Sinar gamma < 10 nm Emisi Inti
sinar-X 0,01 - 100 A Ionisasi Atomik
Ultra ungu (UV) jauh 10-200 nm Transisi Elektronik
Ultra ungu (UV) dekat 200-400 nm Transisi Elektronik
sinar tampak (spektrum
optik)
400-750 nm Transisi Elektronik 25.000 - 13.000 cm-1
Inframerah dekat 0,75 - 2,5 µm Interaksi Ikatan 13.000 - 4.000 cm-1
Inframerah
pertengahan
2,5 - 50 µm Interaksi Ikatan 4.000 - 200 cm-1
Inframerah jauh 50 - 1.000 µm Interaksi Ikatan 200 - 10 cm-1
Gelombang mikro 0,1 - 100 cm serapan inti 10 - 0,01 cm-1
Gelombang radio 1 - 1.000 meter Serapan Inti
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah
panjang gelombang yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah
pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm
atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1. Daerah tersebut adalah cocok
untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh
(400-10 cm-1), berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti
senyawa anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus percobaan (Silverstein,
1991).
40
2.7.2. Jenis Vibrasi Molekul
Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu:
1. Vibrasi Regangan (Streching)
2. Vibrasi Bengkokan (Bending)
Vibrasi regangan ada dua macam, yaitu:
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu
bidang datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah
tetapi masih dalam satu bidang datar.
Gambar 7. Vibrasi regangan
Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu :
1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri
tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri
dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari
bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan
yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang
datar (Giwangkara S., 2007).
Contoh dari vibrasi adalah siklo pentana. Senyawa ini memiliki vibrasi bengkokan
pada gugus C–H, berada pada daerah bilangan gelombang 1455 cm-1.
41
Gambar 8. Vibrasi bengkokan
2.7.3. Daerah Spektrum Infra Red
Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu.
Dapat dilihat pada tabel 5 dibawah ini masing-masing gugus fungsi memiliki
bilangan gelombang tertentu.
Tabel 5. Daerah spektrum infra red serta jenis vibrasinya
42
2.7.4. Prinsip Kerja Alat FTIR
Prinsipnya didasarkan pada besarnya frekuensi sinar infra merah yang
diserap dengan tingkat energi tertentu. Apabila frekuensi tertentu diserap ketika
melewati sebuah senyawa yang diselidiki, maka energi dari frekuensi tersebut
akan ditransfer ke senyawa tersebut.
Radiasi dari sumber infra merah dipecah oleh pencacah sinar menjadi dua
bagian yang sama dengan arah yang saling tegak lurus. Kemudian kedua radiasi
tersebut dipantulkan kembali ke dua cermin sehingga bertemu kembali di
pencacah sinar untuk saling berinteraksi. Dari sini sebagian sinar diarahkan ke
sampel menuju ke detektor, sedangkan sebagian dibalikkan ke sumber gerak,
maju mundur cermin akan menyebabkan sinar mencapai ke detektor berfluktuasi
tetapi terkendali.
Gambar 9. Diagram alir FTIR
43
2.7.5. Keunggulan FTIR
Analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama
dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu:
a. Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara
simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada
menggunakan cara sekuensial atau scanning.
b. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara
dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena
tanpa harus melalui celah (slitless) (Giwangkara, 2006).
2.8. Spektroskopi Serapan Atom (Atomic Adsorption Spectroscopy/AAS)
Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika
menelaah garis-garis hitam pada spektrum matahari. Sedangkan yang
memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia
bernama Alan Walsh pada tahun 1955. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung
pada cara-cara spektrofotometrik atau analisis spektrografik. Beberapa cara ini
sulit dan membutuhkan waktu yang lama, kemudian digantikan dengan
spektroskopi serapan atom. Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada
konsentrasi rendah. (Dewi Puspita, 2007).
Spektroskopi serapan atom atau yang biasa disebut dengan AAS
mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode spektroskopi emisi
konvensional, contohnya spektroskopi nyala. Pada metode konvensional, emisi
tergantung pada sumber eksitasi. Bila eksitasi dilakukan secara termal, maka ia
bergantung pada temperatur sumber. Selain itu eksitasi termal tidak selalu
spesifik, dan eksitasi secara serentak pada berbagai spesies dalam suatu campuran
dapat saja terjadi. Sedangkan dengan nyala, eksitasi unsur-unsur dengan tingkat
44
eksitasi yang rendah dapat dimungkinkan. Tentu saja perbandingan banyaknya
atom yang tereksitasi terhadap atom yang berada pada tingkat dasar harus cukup
besar, karena metode serapan atom hanya tergantung pada perbandingan ini dan
tidak bergantung pada temperatur. Logam-logam yang membentuk campuran
kompleks dapat dianalisis dan selain itu tidak selalu diperlukan sumber energi
yang besar (Khopkar, 2003).
Perbedaan AAS dengan spektroskopi emisi yaitu AAS berdasarkan
absorbsi yang merupakan pengukuran spektrum serapan cahaya dari suatu atom,
molekul atau bahan. Sedangkan spektroskopi emisi merupakan pengukuran
spektrum frekuensi suatu cahaya.
2.8.1. Prinsip Kerja AAS
Metode ini berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom
menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat
unsurnya. Dengan absorpsi energi, berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu
atom pada keadaan dasar dinaikan tingkat energinya ketingkat eksitasi.
Keberhasilan analisis ini tergantung pada proses eksitasi dan memperoleh garis
resonansi yang tepat (Khopkar, 2003).
Secara proporsional konsentrasi atom bebas dalam nyala ditunjukkan
menurut hukum Lambert-Beer:
A = -log lt / lo = �bc
Keterangan:
lo = Intensitas sumber sinar lt = Intensitas sinar yang diteruskan � = Absortivitas molar c = Konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar b = Panjang medium A = Absorbansi
45
2.8.2. Komponen-komponen AAS
a. Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp)
Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang diisi dengan
gas argon (Ar) atau neon (Ne) bertekanan rendah (4-10 torr) dan di dalamnya
dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis logam
murni dari unsur obyek analisis. Batang anoda terbuat dari logam
wolfram/tungsten (W).
b. Ruang pengkabutan (Spray Chamber)
Merupakan bagian di bawah burner dimana larutan contoh diubah
menjadi aerosol. Dinding dalam dari spray chamber ini dibuat dari
plastik/teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri atas:
1. Nebulizer glass bead atau impact bead (untuk memecahkan larutan
menjadi partikel butir yang halus).
2. Flow spoiler (berupa baling-baling berputar, untuk mengemburkan
butir / partikel larutan yang kasar).
3. Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan).
c. Pembakar (Burner)
Merupakan alat dimana campuran gas (bahan bakar dan oksida)
dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi itulah terjadi pembentukan
atom-atom analit yang akan diukur. Alat ini terbuat dari logam yang tahan
panas dan tahan korosi. Desain burner harus dapat mencegah masuknya nyala
ke dalam spray chamber. Hal ini disebut ”blow back” dan amat berbahaya.
Burner untuk nyala udara asetilen (suhu 2000-2200 0C) berlainan dengan
untuk nyala nitrous oksida-asetilen (suhu 2900-3000 0C). Burner harus selalu
bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan kedapatulangan
(repeatability) yang baik.
46
d. Monokromator & Slit (Peralatan optik)
Fungsinya untuk mengisolir sebuah resonansi dari sekian banyak
spektrum yang dihasilkan oleh lampu katoda berongga.
e. Detektor
Detektor yang biasa digunakan dalam AAS ialah jenis photomultiplier
tube, yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga
sangat cepat (10-9 det). Fungsinya untuk mengubah energi radiasi yang jatuh
pada detektor menjadi sinyal elektrik / perubahan panas.
f. Lain-lain
1. Pembuangan gas dan udara kotor (exhaust dust)
2. Pipa saluran gas
Gambar 10. Diagram alir AAS (Al Anshori, 2005)
2.8.3. Preparasi Sampel
Cara melakukan preparasi sampel untuk keperluan analisis dengan AAS,
dapat dilakukan tahapan-tahapan kerja sebagai berikut:
a. Saring 50 mL larutan sampel menggunakan kertas saring.
47
b. Tambahkan 5 mL HNO3, kemudian panaskan diatas hotplate sampai
larutan jernih dan volumenya kira-kira 25 mL.
c. Dinginkan, kemudian pindahkan larutan sampel kedalam labu takar
dan saring kembali menggunakan kertas saring untuk mengambil sisa-
sisa endapan.
d. Larutan sampel yang menyusut dan telah disaring ditambahkan aquadest
hingga volumenya sama dengan volume awal 50 mL
e. Larutan sampel siap diuji (Nurul Chaerani, 2010).
2.8.4. Keuntungan AAS
Keuntungan menggunakan metode AAS diantaranya adalah:
a. Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur yang berlainan dapat diukur.
b. Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh. Jadi berbeda
dengan kolorimetri (yang membutuhkan pembentukan senyawa berwarna),
gravimetri (endapan perlu dikeringkan terlebih dahulu) dan sebagainya,
preparasi contoh sebelum pengukuran cukup sederhana.
c. Output data (absorban) dapat langsung dibaca.
d. Dapat diaplikasikan kepada jenis unsur dalam banyak jenis (Apriliani, 2010).
2.9. Scanning Electron Microscope (SEM)
Scanning Electron Microscope (SEM) adalah mikroskop yang
menggunakan berkas elektron sebagai sumber pencahayaannya, mempunyai daya
pisah yang tinggi sehingga dapat difokuskan ke titik (spot) yang sangat kecil.
Dengan alat ini dapat dilakukan analisa struktur dan morfologi.
48
Gambar 11. Diagram alir SEM
SEM memiliki perbesaran bervariasi mulai dari 500 kali sampai 10.000
kali pembesaran sehingga dapat menunjukan bagian-bagian yang tidak terlihat
ketika diuji dengan mikroskop optik. Elektron ditembakkan ke lintasan yang
memiliki kevakuman yang tinggi. Molekul gas (dalam hal ini gas nitrogen) akan
menangkap elektron sehingga elektron yang terhambur akan mengenai benda uji
(Kurniawan Siregar, 2007).
49
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 1 Maret sampai 1 Juli 2010.
Bertempat di Laboratorium Pusat Penelitian Metalurgi, LIPI, PUSPIPTEK
Serpong.
3.2. Bahan dan Alat
3.2.1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain cangkang rajungan
(Portunus pelagicus) dari Serang, pasir kuarsa dari Kalimantan Timur, Na2CO3
anhidrat, NaOH pa. 1M, NaOH pa. 50%, HCl pa. 1M, aquadest, dan larutan
standar Fe (1 ppm; 2 ppm; 3 ppm; dan 4 ppm), Mn (0,2 ppm; 0,5 ppm; 1,0 ppm;
dan 2,0 ppm) dan kitosan produk BATAN (spesifikasi: derajat deasetilasi 91,12%,
ukuran 1 mm, rendemen 20%, kadar abu 0,2% dan kadar air 10%).
3.2.2. Alat
Alat yang digunakan diantaranya neraca analitik, muffle furnace (Carbolite),
cawan silikon karbida/krusibel, gelas beaker, gelas ukur, labu ukur, botol pereaksi,
botol semprot, hotplate magnetic (Nuova), timer, termometer, kertas saring Whatman
no. 40, pH indikator (Merck), FTIR (Perkin Elmer), AAS (Analytikjena novAA
300), dan SEM (JEOL JSM-6390 A).
50
3.3. Metode Kerja
3.3.1. Persiapan Awal Roasting Pasir Kuarsa
Pasir kuarsa diambil, kemudian dicuci dengan menggunakan air bersih
sampai hilang kotoran berupa humus maupun lumpur. Setelah bersih, ditandai
dengan air cucian yang sudah jernih, maka pasir kuarsa tersebut dikeringkan
dalam oven pada suhu 105oC ± 2 jam sehingga air cucian menguap sempurna. 165
gram pasir kuarsa dan 135 gram natrium karbonat (Sulistiyono, 2005) dimasukkan
ke dalam mixer, kemudian dilakukan proses pencampuran secara merata. Setelah
campuran merata kemudian campuran tersebut dimasukkan dalam krusibel dan
dipanaskan sampai temperatur 1200oC, lalu setelah tercapai termperatur tersebut
kemudian ditahan sampai 2 jam. Pada percobaan ini diperoleh leburan natrium
silikat dimana leburan tersebut langsung dikeluarkan dan dalam kondisi cair
dituangkan dari dalam krusibel ke dalam loyang stainless steel. Kemudian lelehan
didinginkan dalam pendingin kipas agar cepat dingin, kemudian lelehan yang
telah dingin digerus sehingga menjadi serbuk. Serbuk ini dinamakan dengan
Natrium Silikat Kotor (NSK) karena masih mengandung pengotor ion-ion logam.
3.3.2. Pembuatan Larutan Natrium Silikat
Serbuk Natrium Silikat Kotor (NSK) diperoleh, ditimbang sebanyak 20
gram dilarutkan dalam 200 mL air mendidih (1:10) (berdasarkan penelitian
sebelumnya) dan diaduk selama 2 jam. Larutan selanjutnya disaring dengan kertas
saring Whatman no. 40, sehingga dapat dipisahkan masing-masing residu dan
filtrat. Dilakukan proses analisa terhadap larutan dan residu untuk menentukan
pengotor logam Fe dan Mn yang ada di dalammya dengan menggunakan AAS.
51
3.3.3. Persiapan Awal Pembuatan Kitosan
Cangkang rajungan basah, dicuci dan dikeringkan dibawah sinar matahari.
Kemudian dihaluskan lalu diayak dengan ukuran 100 mesh, maka jadilah tepung
rajungan.
a. Demineralisasi
Penghilangan mineral dilakukan pada suhu 25-30°C (suhu kamar) dengan
menggunakan larutan HCl 1 M dengan perbandingan sampel dengan larutan HCl
= 1:15 (gr serbuk/ml HCl) sambil diaduk selama 60 menit. Kemudian di dekantasi
dan dicuci dengan aquadest sampai pH netral, lalu dikeringkan endapannya.
b. Deproteinasi
Proses ini dilakukan pada suhu 80-90°C dengan menggunakan larutan
NaOH 1 M dengan perbandingan NaOH = 1:15 (gr serbuk/ml NaOH) sambil
diaduk selama 3 jam. Kemudian campuran didekantasi dan dicuci dengan
aquadest sampai pH netral, lalu disaring untuk diambil endapannya.
c. Deasetilasi Kitin menjadi Kitosan
Kitin yang telah dihasilkan pada proses diatas dimasukkan dalam larutan
NaOH 50% 1:15 (gr serbuk/ml NaOH) pada suhu 90°C sambil diaduk dengan
kecepatan konstan selama 60 menit. Hasilnya disaring, endapan dicuci dengan
aquadest lalu ditambah larutan HCl encer agar pH netral kemudian dikeringkan.
Maka terbentuklah kitosan. Gambar proses dapat dilihat pada lampiran hal. 76.
3.3.4. Analisis FTIR
Sebanyak 2 mg sampel kitosan ditambahkan 200 mg KBr (1:100) lalu
digerus sampai halus. Campuran sampel dan KBr dimasukan dalam alat pencetak
pellet dan di pres dengan tekanan 7-8 ton sambil di vakum untuk menarik uap air
52
yang ada. Film yang terbentuk kemudian dibaca dengan alat FTIR pada panjang
gelombang 450-4000 cm-1.
3.3.5. Analisis SEM
Sampel yang telah bersih dan kering ditempelkan pada sample holder
dengan perekat dua sisi, dilanjutkan dengan pelapis tipis emas dalam mesin
pelapis tipis (sputler). Kemudian dilakukan pengamatan struktur mikro dan
komposisi kimianya dengan SEM pada 20 kV dan perbesaran 1000 kali.
3.3.6. Proses Adsorpsi dengan Metode Batch
a. Pengaruh Massa Kitosan
Kitosan dengan massa yang berbeda (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 gram)
dicampurkan dalam 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dalam suasana
asam. Kemudian diaduk pada temperatur ruang selama 30 menit. Setelah itu
campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan
dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui seberapa besar
penyerapan kitosan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo). Persen logam
yang teradsorpsi/diserap dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Persentasi adsorpsi = C0 – C x 100% C0
Keterangan: C0 = konsentrasi awal logam (mg/L) C = konsentrasi logam setelah adsorpsi pada fasa cair (mg/L)
b. Pengaruh Waktu Kontak
Kitosan dengan massa 0,2 gram dicampurkan dengan 50 mL larutan
Natrium Silikat Kotor (NSK), kemudian diaduk pada temperatur ruang. Waktu
kontak divariasikan selama 15 menit, 30 menit, 60 menit, 90 menit dan 120 menit.
53
Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang
dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi
masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan
secara berulang (duplo). Waktu kontak dengan penyerapan yang terbaik
digunakan untuk analisis selanjutnya.
c. Pengaruh Konsentrasi Asam
Sebanyak 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan variasi pH
2, 3, 4, 5, 6, dan 7, dicampurkan dengan kitosan sebanyak 0,2 gram kemudian
diaduk pada temperatur ruang dengan menggunakan waktu kontak yang terbaik.
Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang
dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi
masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan
secara berulang (duplo). pH dengan penyerapan yang terbaik digunakan untuk
analisis selanjutnya.
d. Pengaruh Suhu
Kitosan dengan massa 0,2 gram dicampurkan dengan 50 mL larutan
Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan pH yang terbaik, kemudian diaduk pada
temperatur yang divariasikan (30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, dan 80oC) dengan
menggunakan waktu kontak yang terbaik. Setelah itu campuran disaring dengan
kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan
menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang
masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo).
54
e. Perbandingan Kitosan Sintesis dengan Kitosan Produk BATAN
Sebanyak 0,2 gram kitosan sintesis maupun kitosan produk BATAN,
masing-masing dicampurkan dalam 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK)
dengan kondisi pH, suhu dan waktu yang terbaik. Setelah itu campuran disaring
dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan
menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang
masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan dua kali pengulangan (duplo).
Hasil adsorpsi antara kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN
dibandingkan.
55
56
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Karakterisasi Pasir Kuarsa dan Preparasi Natrium Silikat
Pasir kuarsa merupakan bahan baku pada penelitian ini. Pasir kuarsa yang
digunakan diharapkan mempunyai kemurnian yang tinggi, sehingga perlu
dilakukan karakterisasi terhadap pasir kuarsa dengan menggunakan SEM dan
AAS. Analisis dengan menggunakan SEM dilakukan untuk mengetahui bentuk
(morfologi) dari suatu permukaan pasir kuarsa. Adapun gambar hasil analisis
SEM sebagai berikut:
100 µm100 µm100 µm100 µm100 µm
Gambar 13. Hasil analisa pasir kuarsa
Selain itu, untuk mengetahui pengotor apa saja yang terdapat pada pasir
kuarsa, maka dilakukan analisis terhadap pasir kuarsa dengan menggunakan AAS
dari laboratorium pengujian tekMIRA Bandung. Hasil analisis AAS (lihat pada
lampiran 10 hal. 81) didapatkan kandungan pengotor yang terdapat pada pasir
kuarsa sebagai berikut:
57
Tabel 6. Pengotor pada pasir kuarsa
Pengotor pasir kuarsa Massa (%) SiO2 99,2 Al2O3 0,063 Fe2O3 0,19 TiO2 0,04 CaO 0,008 MgO 0,008 K2O 0,023 Na2O 0,020 MnO 0,0134 LOI 0,39
Sumber : Laboratorium Pengujian tekMIRA, Bandung
Natrium silikat dibuat dari campuran pasir kuarsa (silika) dengan natrium
karbonat (Na2CO3). Pasir yang digunakan berasal dari Samboja, Kalimantan
Timur. Campuran pasir kuarsa dengan Na2CO3 dibakar dalam tanur pada suhu
1200 oC selama ± 2 jam. Pada pencampuran ini terjadi reaksi sebagai berikut:
Na2CO3 (s) + SiO2 (s) Na2SiO3 (s) + CO2 (g) ………4.1)
Pasir kuarsa dengan natrium karbonat dapat membentuk kaca jika
dipanaskan di atas titik lelehnya dan kemudian harus didinginkan dengan cepat
untuk menghindari kristalisasi. Setelah dingin natrium silikat dijadikan serbuk
dengan cara digrinding. Natrium silikat yang dihasilkan kemudian dilarutkan
dengan air mendidih, lalu direaksikan dengan kitosan untuk menghilangkan ion-
ion logam pengotornya.
4.2. Isolasi Kitin dan Transformasi Kitosan
Bahan awal yang digunakan untuk membuat kitin dan kitosan adalah
limbah cangkang rajungan (Portunus pelagicus) yang telah dikeringkan dan telah
dibuat serbuk. Limbah cangkang rajungan ini berasal dari Serang, Banten-Jawa
Barat. Kitin dapat diperoleh dari cangkang rajungan melalui proses demineralisasi
58
dan deproteinasi, kemudian untuk mendapatkan kitosan dilakukan proses
deasetilasi.
Tahap demineralisasi dilakukan untuk menghilangkan mineral yang
terkandung dalam cangkang rajungan. Pada tahap demineralisasi ini dilakukan
dengan menambahkan HCl 1 M karena mineral yang terdapat dalam bahan,
terutama CaCO3 dan sedikit Ca3(PO4)2 mudah hilang dengan penambahan HCl
dan dapat menghasilkan kitin dengan kandungan mineral yang lebih rendah
(Ruswanti dkk, 2007). Pada tahap ini, ketika HCl 1M direaksikan dengan serbuk
rajungan akan terbentuk buih yang terkumpul pada permukaan larutan. Setelah 1
jam buih berkurang dan larutan berwarna kuning keruh. Terbentuknya buih
tersebut menandakan adanya gas karbon dioksida (CO2) dan uap air. Reaksi yang
terjadi sebagai berikut:
CaCO3 (s) + 2HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) …..(4.2)
Ca3(PO4)2 (s) + 4HCl (aq) 2CaCl2 (aq)+ Ca(H2PO4)2 (aq) …..(4.3)
Tahap kedua yaitu deproteinasi yang merupakan suatu proses pemisahan
atau pelepasan ikatan antara protein dan kitin. Deproteinasi dilakukan dengan
menggunakan NaOH 1 M selama 1 jam pada suhu 80-90 oC. Pada tahap ini,
protein akan terlepas dan membentuk Na-proteinat yang dapat larut dan hilang
selama proses pencucian dan penyaringan (Ruswanti dkk, 2007). Hal ini
ditunjukan dengan perubahan warna larutan dari jernih menjadi coklat. Filtrat
yang dihasilkan berwarna coklat dan endapan putih kecoklatan. Reaksi yang
terjadi sebagai berikut:
Protein + NaOH Na-proteinat + H2O ………………….. 4.4)
59
Pada setiap tahap dilakukan pencucian sampai larutan netral, bertujuan
untuk menghilangkan sisa-sisa dari larutan reagen. Pencucian yang kurang
sempurna akan mengakibatkan mineral yang terlepas dapat melekat kembali pada
permukaan molekul kitin. Pencucian juga dimaksudkan untuk mencegah
terjadinya degradasi produk selama proses pengeringan. Karena kitin juga
mengandung beberapa gugus amino bebas baik disebabkan adanya sedikit
deasetilasi selama proses pengeringan atau akibat pembentukan asetilasi yang
tidak sempurna (Hendri, 2008).
Tahap terakhir adalah deasetilasi yang diperlukan untuk mengubah kitin
menjadi kitosan dengan proses hidrolisis. Pada tahap ini digunakan larutan NaOH
50% disebabkan pada kondisi tersebut merupakan kondisi optimum pada proses
transformasi gugus asetil yang berikatan dengan atom nitrogen membentuk gugus
amina (Rochima dkk, 2007). Perendaman dalam NaOH konsentrasi tinggi (≥40%)
akan meningkatkan derajat deasetilasi dan mengakibatkan terjadinya
depolimerisasi memutuskan ikatan rangkap antara gugus karboksil dengan atom
nitrogen Rochima dkk, 2007). Larutan NaOH berfungsi membantu pemutusan
(katalis) ikatan antara gugus asetil dengan atom nitrogen sehingga berubah
menjadi gugus amino (-NH2). Pada tahap ini tidak menggunakan air atau alkohol
untuk mendeasetilasi, karena dikhawatirkan akan menghidrolisis hidroksidanya
atau ikatan glikosidik yang terdapat pada struktur kitosan dapat putus. Reaksi
pada tahap deasetilasi sebagai berikut:
60
Gambar 14. Reaksi kitin menjadi kitosan (Rahayu dan Purnavita, 2007)
Dengan adanya sifat-sifat kitin dan kitosan yang dihubungkan dengan
gugus amino dan hidroksil yang terikat, maka menyebabkan kitin dan kitosan
mempunyai reaktifitas kimia yang tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit
kation sehingga dapat berperan sebagai penukar ion (ion exchanger) dan dapat
berperan sebagai adsorben logam berat dalam air limbah (Marganof, 2003).
Kitosan yang didapatkan dari hasil sintesis sebesar 34,89 gram (57 % berat) dari
200 gram cangkang rajungan (lihat lampiran 3).
Sulitnya menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi
diduga karena kitin secara alami berbentuk kristalin yang mengandung rantai-
rantai polimer kitin berkerapatan sangat tinggi, yang satu sama lain terikat dengan
ikatan hidrogen yang sangat kuat, sehingga menghalangi enzim berpenetrasi
mencapai substrat spesifiknya (Rochima, 2008). Deasetilasi yang terjadi pada
kitin hampir tidak pernah selesai sehingga dalam kitosan masih ada gugus asetil
yang terikat pada beberapa gugus N (Kusumawati, 2009). Derajat deasetilasi juga
dipengaruhi oleh waktu. Menurut Purnawan dkk (2009), bahwa semakin lama
waktu proses deasetilasi menyebabkan derajat deasetilasi (DD) kitosan semakin
61
tinggi. Hal ini disebabkan semakin lama waktu reaksi hidrolisis kitin, gugus asetil
yang tersubstitusi menjadi gugus amina semakin banyak sehingga DD kitosan
semakin tinggi. Pada penelitian ini, ketika masih sebagai serbuk rajungan
memiliki derajat deasetilasi 21,39%. Akan tetapi setelah menjadi kitosan, derajat
deasetilasinya meningkat menjadi 75,99%.
Kitosan yang terbentuk diidentifikasi dengan menggunakan
spektrofotometer infra merah (FTIR). Hasil analisis kuantitatif spektrum FTIR
yang didapatkan untuk menghitung derajat deasetilasi (DD) kitosan. Derajat
Deasetilasi menunjukkan persentase gugus asetil yang dapat dihilangkan dari kitin
sehingga dihasilkan kitosan. Makin berkurangnya gugus asetil pada kitosan maka
interaksi antar ion dan ikatan hidrogen dari kitosan akan semakin kuat. Spektrum
FTIR hasil analisis dapat dilihat sebagai berikut:
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.00.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17.0
cm-1
%T
Laboratory Test Result
Serbuk Rajungan
2958.412928.85
2523.86
1654.611541.20
1154.35
491.27
565.40
712.86
953.14
1029.671072.72
3295.94
3423.023446.62
1416.73
873.06
C=O NH2
CH
Gambar 15. Spektrum FTIR bahan dasar cangkang rajungan
62
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.010.9
12
13
14
15
18
19
20
21
22
23
24
25
2626.4
cm-1
%T
Laboratory Test Result
3426.27
2883.11
1624.531559.45
1419.39
1380.14
1323.97
1260.55
1156.54
1028.43
953.59
895.14
577.01530.05
Kitosan Sintesis
16
17
1661.76
1078.35
NH2
CH
C=O
NH
C-O
Gambar 16. Spektrum FTIR kitosan
Data spektrum FTIR kitosan memberikan informasi sejumlah pita serapan
utama yang menunjukkan gugus-gugus fungsi dalam molekulnya.
Tabel 7. Perbandingan pita absorpsi FTIR cangkang rajungan dan kitosan
Pita absorpsi FTIR (cm-1)
cangkang rajungan
Pita absorpsi FTIR (cm-1)
kitosan
Gugus fungsi kitin dan kitosan
3423,03 3426,27 O-H stretching dan N-N (-NH2)
amina
2958,41 - 2928,85 2883,11 C-H stretching (C-H ring, -CH3
dan -CH2-)
1654,61 1661,76 C=O stretching (NHCOCH3)
amida I
- 1559,45 N-H dan C-N (NHCOCH3) amida
II dan III
1416,73 1419,39 - 1380,14 C-H bending (C-H ring, -CH2, -
CH3) dan C-C
1154,35 1156,54 Bridge-O-stretching (C-O-C)
1072,72 – 1029,67 1078,35 – 1028,43 C-Oasym & C-Osym stretching
873,06 895,14 Ring stretching (C-H ring)
63
NH2 C=O
Gambar 17. Spektrum FTIR kitin standar produksi Wako, Jepang (Hendri, 2008)
Pada kitin standar, pita serapan 3388,7 cm-1 menunjukkan gugus O-H dan
NH amida sekunder. Pita serapan 1627,8- 1662,55 cm-1 didapatkan gugus C=O
stretching (NHCOCH3, amida I) menunjukkan adanya gugus asetamida yang
melebar. Bila dibandingkan antara kitosan hasil sintesis dengan kitin standar dapat
dibedakan pada gugus C=O. Untuk kitin standar serapannya masih melebar
sedangkan kitosan sintesis terlihat lebih tajam. Hal ini menandakan bahwa gugus
asetamida banyak yang sudah berubah menjadi gugus amina.
Pada proses deasetilasi, gugus asetilamino pada kitin diubah menjadi
gugus amino. Dapat ditandai dengan hilangnya/ berkurangnya serapan gugus C=O
dari molekul pada spektrum FTIR (Syahmani dan Sholahuddin, 2009). Akan
tetapi dalam penelitian ini gugus C=O masih ada, sehingga hasil deasetilasi belum
sempurna. Derajat deasetilasi yang didapatkan yaitu 75,99%. Hal ini disebabkan
kurang lamanya proses pemanasan dan suhu yang kurang tinggi, sehingga
pemutusan gugus asetil kurang sempurna. Menurut Rahayu dan Purnavita (2007)
64
secara umum derajat deasetilasi untuk kitosan sekitar 60% dan sekitar 90-100%
untuk kitosan yang mengalami deasetilasi penuh.
4.3. Pengaruh Variasi Massa Kitosan Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn
Pada analisis ini dilakukan sebanyak dua kali (duplo). Kondisi variabel
pada percobaan ini dilakukan pada suhu kamar (30 0C) pH 3 dan waktu 30 menit.
Pada gambar 18. dapat dilihat massa yang terbaik untuk penyerapan ion logam Fe
dan Mn sebesar 0,5 gram kitosan. Banyaknya massa kitosan yang direaksikan
mempengaruhi adsorpsi ion logam Fe maupun Mn dalam larutan natrium silikat.
Pada penambahan kitosan 0,5 gram diperoleh adsorpsi optimum Fe sebesar
59,09% dan Mn sebesar 51,69%. Hal ini disebabkan semakin banyaknya jumlah
kitosan maka semakin besar pula kemampuan mengikat ion-ion logam yang ada
dalam larutan (Tanindya Apsari dan Dina Fitriasti, 2010).
Gambar 18. Variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn
Pada massa kitosan 0,6 gram terjadi penurunan penyerapan. Menurut
Hargono, dkk (2008), penurunan penyerapan oleh kitosan disebabkan karena
larutan menjadi kental sehingga proses pengadukan tidak sempurna, akibatnya
persentase penyerapannya menurun (lihat lampiran 5 no.1).
65
Secara teori, jika dalam adsorpsi telah tercapai massa optimum, maka
selanjutnya tidak akan terjadi kenaikan atau penurunan adsorpsi, akan tetapi
bersifat statis dan relatif konstan. Hal ini berarti proses adsorpsi diperkirakan telah
mencapai kesetimbangan. Akan tetapi pada gambar 18, adsorpsi ion logam Fe
setelah tercapai keadaan optimum menurun kembali. Hal ini kemungkinan
terjadinya kesalahan pada analisis atau kurang teliti pada saat melakukan analisis.
4.4. Pengaruh Variasi Waktu Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn
Data pengaruh waktu terhadap adsorpsi ion logam Fe dan Mn dapat dilihat
pada gambar 19. yang menunjukkan bahwa adsorpsi ion logam Fe tidak terlihat
kenaikan yang signifikan, sedangkan pada adsorpi ion logam Mn terlihat kenaikan
yang signifikan dari waktu 15 menit menuju ke 30 menit. Pada percobaan ini,
dilakukan pada kondisi suhu kamar (30 0C), pH 3 dan jumlah kitosan 0,2 gram.
Menurut teori, semakin lama waktu kontak memungkinkan proses difusi
dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Selain itu semakin
kecil ukuran partikel kitosan yang digunakan, maka semakin besar kecepatan
adsorpsinya, sehingga dalam waktu 30 menit sudah tercapai waktu yang optimum
dengan persentase Fe dan Mn masing-masing 72,07% dan 52,50%. Hal ini
dikarenakan reaksi yang terjadi dapat berlangsung dengan cepat dan sempurna.
Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Rachdiati, dkk (2007)
bahwa kitosan dapat menyerap ion logam secara optimum selama 15 menit (lihat
data lampiran 5 no.2).
66
Gambar 19. Variasi waktu terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn
Pada proses adsorpsi dengan waktu 60 menit, terjadi penurunan persentase
adsorpsi, diduga karena gugus amin dan hidroksil yang terdapat pada kitosan
sudah penuh mengikat komponen lain (H+) atau sudah jenuh. Pada kondisi
adsorpsi yang terlalu lama, kemungkinan ion logam yang sudah terikat oleh
adsorben (kitosan) dapat terlepas lagi atau terjadi desorpsi (Khotimah dkk, 2010).
Atau kemungkinan lain disebabkan juga oleh suhu percobaan yang rendah (suhu
kamar), sehingga ikatan yang terjadi bersifat ikatan lemah. Selain itu perubahan
pH larutan menjadi naik kemungkinan dapat terjadi karena kontak dengan kitosan.
Semakin lama proses adsorpsi berlangsung, maka larutan akan semakin basa,
sehingga daya adsorpsi kitosan menurun dan semakin tidak efektif.
Menurut Shofiyani dkk (2005), hasil penelitian menunjukkan bahwa laju
terikatnya logam transisi persatuan waktu meningkat dengan urutan Fe (II) > Mn
(II). Semua hasil penelitian diatas menunjukkan bahwa setelah kondisi optimum
tercapai, peningkatan waktu kontak tidak meningkatkan adosrpsi secara
signifikan, mengindikasikan bahwa situs aktif kitosan telah jenuh oleh ion logam
atau telah tercapai kondisi kesetimbangan.
67
4.5. Pengaruh Konsentrasi Asam Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn
Adsorpsi ion logam dipengaruhi oleh pH larutan, maka dilakukan variasi
pH. Keasaman dan kebasaan larutan natrium silikat mempengaruhi adsorpsi ion
logam. Kondisi percobaan disini pada suhu kamar (30 0C) dengan massa kitosan
0,2 gram dan waktu yang optimum. Karena kitosan tidak dapat bereaksi dalam pH
basa, maka adsorpsi dilakukan di pH asam untuk mengetahui berapa pH optimum
dari masing-masing ion logam tersebut. Hasil adsorpsi optimum dari ion logam
besi (Fe) dan mangan (Mn) oleh kitosan terjadi pada pH 3 (lihat data lampiran 5
no.3). Dalam larutan asam, gugus amina bebas sangat cocok sebagai polikationik
untuk mengkelat logam atau membentuk dispersi.
Gambar 20. Variasi konsentrasi asam terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn
Kitosan mempunyai gugus amina (NH2) yang memiliki sepasang elektron
bebas pada atom N. Gugus amina ini bertindak sebagai basa lewis dengan
mendonorkan pasangan elektron bebasnya, sehingga pada pH rendah/ asam akan
memungkinkan terdapat banyak proton H+ yang tertarik ke NH2 menjadi NH3,
Pada pH yang sangat asam (misalnya pH 2) jumlah ion hidrogen (H+) sangat
banyak sehingga terjadi kompetisi antara ion logam dengan ion hidrogen untuk
menempati sisi aktif (NH2). Kompetisi ini mengakibatkan terganggunya proses
68
pertukaran ion dan penyerapan terhadap ion logam Fe maupun Mn. Berdasarkan
penelitian yang dilakukan Ruswanti dan Lusiana (2007), bahwa pH optimum
untuk adsorpsi logam Fe (II) oleh kitosan termodifikasi adalah pH 3. Penelitian
menyebutkan bahwa dalam keadaan asam kitosan mempunyai daya reaktifitas
kimia yang tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit kation sehingga dapat
berperan sebagai penukar ion dan berfungsi sebagai adsorben terhadap logam
berat (Ruswanti dan Lusiana, 2007; Marganof, 2003).
Penurunan penyerapan setelah pH 3 disebabkan terjadinya kenaikan pH
setelah proses adsorpsi. Kenaikan pH terjadi karena kitosan yang digunakan
dideasetilasi dengan menggunakan NaOH 50% sehingga kemungkinan larutan
menjadi basa, maka terjadi pengendapan ion logam. Larutan dalam keadaan basa
tersebut menjadikan daya kerja dari kitosan menjadi menurun, karena kitosan
hanya efektif bekerja pada pH asam. Selain itu, pada standar kalibrasi seharusnya
dibuat dalam berbagai pH, sehingga analisis pada AAS akan didapatkan hasil
yang lebih akurat.
Menurut Syahmani dan Arif Sholahuddin (2009), menyatakan bahwa
kapasitas serapan suatu bahan ditentukan oleh pH dan lamanya waktu berinteraksi
yang spesifik untuk setiap bahan. Semakin naik pH, maka semakin kecil adsorpsi
yang dihasilkan, karena kemungkinan Fe telah membentuk endapan Fe(OH)3 dan
Mn mengendap menjadi Mn(OH)2, dimana Ksp Fe(OH)3 sebesar 1x10-36
sedangkan Mn(OH)2 sebesar 2x10-13. Pada umumnya dalam medium asam, logam
(M) berada sebagai ion kation bebas. Tetapi pada kondisi netral hingga basa,
kation akan terhidrolisis membentuk hidroksidanya, dimana sebagian besar
hidroksida logam bersifat tidak larut (Day & Underwood, 2002).
69
4.6. Pengaruh Variasi Suhu Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn
Pada percobaan ini, dilakukan dengan menggunakan massa 0,2 gram pada
kondisi waktu dan pH yang optimum. Dilihat pada gambar 18, suhu yang paling
optimum untuk Fe adalah 70 oC menghasilkan adsorpsi 85,39%, sedangkan untuk
Mn pada suhu 60 oC menghasilkan adsorpsi 65,72% (lihat data lampiran 5 no.4).
Semakin tinggi suhu yang digunakan, maka reaksi berlangsung lebih cepat karena
makin besar energi kinetik molekul zat dan gerak partikel-partikel kitosan makin
besar. Akibatnya frekuensi tumbukan yang terjadi akan makin besar, sehingga
sampel yang bereaksi dengan kitosan akan lebih banyak dibandingkan dengan
adsorpsi sampel pada suhu rendah.
Gambar 21. Variasi suhu terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn
Peningkatan suhu akan meningkatkan kecepatan gerak partikel dalam
sistem sehingga semakin banyak tumbukan antar partikel yang dapat terjadi maka
akan mempercepat terbentuknya flok (Fathul Karamah dan Septiyanto, 2009).
Kenaikan suhu sampel akan menaikan kelarutan dari kitosan sehingga akan
mempercepat dan memperbanyak proses adsorpsi. Setelah suhu optimum tercapai,
tidak terjadi peningkatan adsorpsi, akan tetapi terjadi penurunan adsorpsi. Hal ini
diperkirakan suhu yang terlalu tinggi mungkin akan memberikan energi yang
berlebih sehingga ion logam yang telah terikat akan terlepas kembali.
70
4.7. Perbandingan Kitosan Sintesis dengan Kitosan Produk BATAN
Pada penelitian ini, selain menggunakan kitosan yang dibuat sendiri untuk
adsorpsi, juga digunakan kitosan produk BATAN sebagai pembanding. Dari data
yang didapatkan, adsorpsi Fe dengan kitosan sintesis sebesar 85,39%, sedangkan
dengan kitosan produk BATAN hanya didapatkan 69,33%. Begitu pula pada
adsorpsi Mn dengan kitosan sintesis didapatkan 65,72% sedangkan dengan
kitosan produk BATAN 56,48%.
Gambar 22. Diagram perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN
Adsorpsi kitosan hasil sintesis ternyata lebih baik dibandingkan dengan
kitosan produk BATAN. Hal ini bisa disebabkan: 1) Karena perbedaan bahan
dasar kitosan, dimana kitosan sintesis dibuat dari cangkang rajungan sedangkan
kitosan produk BATAN berasal dari cangkang udang. 2) Ukuran partikelnya,
kitosan produk BATAN ukuran partikelnya lebih besar daripada kitosan sintesis.
Sudah dicoba untuk menyamakan ukuran partikel, akan tetapi kitosan produk
BATAN tidak dapat diperkecil lagi ukurannya, diduga hal ini mempengaruhi hasil
adsorpsi. Semakin kecil ukuran partikel dari kitosan sehingga luas permukaan
semakin besar, maka semakin besar pula daya adsorpsinya.
71
4.8. Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi ini diambil dengan menggunakan data variasi waktu.
Isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme adsorpsi. Pada
isoterm Langmuir berlangsung secara kimisorpsi satu lapis (monolayer).
Sedangkan pada isoterm Freundlich, proses adsorpsi yang terjadi secara fisisorpsi
banyak lapis (multilayer).
(a)
(b)
Gambar 23. (a) grafik isoterm Langmuir dan (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Fe
Pada gambar 23(a), menunjukkan grafik isoterm Langmuir, dapat dilihat
bahwa grafik yang didapatkan merupakan grafik yang linear dengan persamaan
y= a + bx, dengan nilai koefisien korelasi adalah 99,9% (R2 = 0,999). Sedangkan
gambar 23(b) menunjukkan grafik isoterm Freundlich yang mempunyai R2 =
72
0,992 (lihat data lampiran 6 no.1). Dilihat dari nilai R2 ini dapat diketahui model
persamaan kesetimbangan mana yang dapat mewakili reaksi yang terjadi pada
penelitian ini. Dari kedua grafik isoterm adsorpsi ion logam Fe, dapat dilihat
linieritas isoterm adsorpsi tipe Langmuir (99,9%) lebih tinggi dibandingkan tipe
Freundlich (99,2%). Data ini menunjukan bahwa mekanisme adsorpsi ion logam
Fe termasuk dalam tipe keduanya (Langmuir dan Freundlich) karena linieritasnya
diatas 90%, akan tetapi lebih dominan terjadi secara kimisorpsi (isoterm
Langmuir).
(a)
(b)
Gambar 24. (a) grafik isoterm Langmuir dan (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Mn
Pada gambar 24(a), menunjukkan grafik isoterm Langmuir untuk ion
logam Mn mempunyai nilai linearitas yang tinggi yaitu 99,9% (R2 = 0,999),
73
sedangkan pada gambar 24(b) yang merupakan grafik isoterm Freundlich ion
logam Mn mempunyai nilai linearitas 98,3% (R2 = 0,983). Dilihat dari data diatas,
adsorpsi ion logam Mn dapat terjadi secara kimia maupun fisika, dan termasuk ke
dalam tipe isoterm Langmuir dan Freundlich karena mempunyai nilai linearitas
diatas 90%, akan tetapi lebih dominan ke dalam tipe Langmuir (lihat data
lampiran 6 no.2).
Adsorpsi isoterm Langmuir merupakan adsorpsi yang terjadi secara kimia
karena adanya ikatan kimia antara adsorbat dengan permukaan adsorben. Karena
ikatan kimia yang terjadi cukup kuat maka ketika permukaan adsorben sudah
tertutupi adsorbat, adsorbat hanya teradsorpsi pada lapisan pertama atau satu
lapisan meskipun dilakukan peningkatan temperatur dan konsentrasi. Langmuir
diperoleh dengan asumsi bahwa adsorpsi terjadi pada permukaan homogen dari
adsorben (Wahyuni dan Widiyastuti, 2009). Kelemahan dari reaksi isoterm
Langmuir ini adalah daya regenerasi dari adsorben lebih kecil karena ikatan kimia
yang terjadi sangat kuat sehingga ion-ion logam yang sudah terserap oleh
adsorben sulit untuk dilepaskan kembali, dan dibutuhkan reagent lain untuk
melepaskannya.
Menurut Wahyuni dan Widiyastuti (2009), dari data dan koefisien korelasi
(R2) dapat diketahui adsorpsi logam dapat mengikuti model Langmuir ataupun
Freundlich. Menurut Atkins (1999), adsorpsi monolayer terjadi karena ikatan
kimia lebih spesifik, sehingga adsorben mampu mengikat logam dengan ikatan
kimia antara logam dengan permukaan adsorben. Mekanisme fisisorpsi
memungkinkan terjadinya ikatan antara ion logam yang terdapat dalam larutan,
selain ikatannya dengan adsorben, kedua ikatan tersebut hanya terikat oleh gaya
Van Der Waals sehingga ikatan antara adsorbat dengan adsorben bersifat lemah.
74
Hal ini memungkinkan adsorbat leluasa bergerak hingga akhirnya berlangsung
proses adsorpsi banyak lapisan (multilayer).
4.9. Kemurnian Natrium Silikat
Dapat dilihat pada gambar 25, dari hasil adsorpsi ion besi (Fe) dan mangan
(Mn), maka sudah dipastikan kadar ion-ion pengotor pada natrium silikat
mengalami pengurangan. Ion pengotor besi (Fe) telah berkurang dari konsentrasi
0,8534 ppm menjadi 0,2121 ppm atau sebesar 85,39%. Sedangkan logam
pengotor Mn telah berkurang dari konsentrasi 0,12540 ppm menjadi 0,04299 ppm
atau sebesar 65,72%.
Gambar 25. Pengurangan kadar ion Fe dan Mn
Dengan demikian jika dilihat dari gambarnya, pengurangan ion besi lebih besar
daripada pengurangan ion mangan. Semakin rendah kadar ion besi dan mangan,
maka semakin besar kemurnian pada natrium silikat.
75
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Sintesis kitosan dari limbah cangkang rajungan terjadi melalui tahap
demineralisasi, deproteinasi dan deasetilasi. Besarnya kitosan yang
didapatkan pada penelitian ini, dari 200 gram cangkang rajungan sebesar
34,89 gram.
2. Derajat deasetilasi yang didapatkan pada kitosan hasil sintesis cangkang
rajungan sebesar 75,99%.
3. Massa yang paling optimum dari kitosan adalah 0,5 gram untuk dapat
mengadsorpsi ion Fe sebesar 59,09% dan Mn sebesar 51,69%.
4. Waktu kontak optimum adsorpsi ion Fe (72,07%) dan Mn (52,50%) adalah
30 menit.
5. pH optimum adsorpsi ion Fe (77,68%) maupun Mn (58,67%) terjadi pada
pH 3.
6. Suhu optimum adsorpsi 85,39% ion Fe adalah 70oC, sedangkan untuk
adsorpsi 65,72% ion Mn adalah 60oC.
7. Adsorpsi terhadap ion logam Fe dan Mn berlangsung secara kimisorpsi
maupun fisisorpsi, akan tetapi masih lebih dominan secara kimisorpsi
dengan nilai linearitas 99,9% (R2 = 0,999).
76
5.2. Saran
Saran untuk penelitian selanjutnya adalah:
1. Perlu dilakukan modifikasi kitosan karena dapat menambah kereaktifan
gugus aktif pada kitosan sehingga dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
dari kitosan.
2. Mencoba metode lain untuk melakukan adsorpsi terhadap natrium silikat,
misalnya dengan metode kolom atau yang lainnya.
77
DAFTAR PUSTAKA
Adhi. 2008. Membuat Sel Surya Sendiri? Bagian 1: Pengolahan Silikon. http://energisurya.wordpress.com/2008/10/10/membuat-sel-surya-sendiri-bagian-1-pengolahan-silikon/
Al Anshori, Jamaludin. 2005. Spektrometri Serapan Atom. UNPAD, Bandung. Anonim. 2003. Batuan Sediment. http://batuan-sediment.blogspot.com/ Anonim. 2008. Batuan sediment (Batu Pasir). http://bara-komp.blogspot.com/2008/06/batuan-sediment.html Anonim. 2008. Batu Pasir. http://www.scribd.com/doc/42269884/batu-pasir Anonim. 2009. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi.
http://wawan-junaidi.blogspot.com/2009/12/faktor-faktor-yang-mempengaruhi_27.html
Anonim. 2004. Kimia Unsur 2. Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. Apriliani, Ade. 2010. Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben Ion
Logam Cd, Cr, Cu, dan Pb dalam Air Limbah [skripsi]. UIN, Jakarta. Asmuni. 2008. Karakterisasi Pasir Kuarsa (SIO2) dengan Metode XRD [jurnal].
Universitas Sumatera Utara. Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisika 2. Erlangga, Jakarta. CW, Hersenanto dkk. 2009. Potensi Mineralisasi Hidrothermal Prospek Cibobos,
Panggarangan, Lebak, Propinsi Banten. Puslitbang Geologi Kelautan. Day, R. A. JR & A. L. Underwood. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi
keenam, diterjemahkan oleh Iis Sopyan. Erlangga, Jakarta. Departemen Kelautan dan Perikanan. 2000. Statistik Data Perikanan. Departemen
Kelautan dan Perikanan. Jakarta.
Dewi Puspita, Chrisye. 2007. Spektroskopi Serapan Atom. Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Dian, 2010. Pembuatan Kitosan. FATIR- BATAN Pasar Jumat. Jakarta. Edi Cahyaningrum, Sari dkk. 2007. Pemakaian Kitosan Limbah Udang Windu
sebagai Matriks Pendukung pada Imobilisasi Papain [jurnal kimia vol.2]. Universitas Negeri Surabaya, Surabaya.
78
Ermawati, Yunita, dkk. 2009. Pemanfaatan Kitosan Dari Limbah Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Antimikroba Pada Obat Kumur [jurnal]. UGM, Yogyakarta.
Fathul Karamah, Evi dan Adhi Septiyanto. 2009. Pengaruh Suhu dan Tingkat
Keasaman (pH) pada Tahap Pralakuan Koagulasi (Koagulan Aluminum Sulfat) dalam Proses Pengolahan Air Menggunakan Membran Mikrofiltrasi Polipropilen Hollow Fibr [jurnal]. Universitas Indonesia, Depok
Firdaus, Dery. 2008. Proses Pemurnian Air Dengan Modifikasi Filtrasi Kitosan
[skripsi]. IPB, Bogor. Giwangkara S., EG. 2007. Spektrofotometri Infra Merah.
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_analisis/spektrofotometri_infra_merah/
Guntoro, Helmi. 2008. Membuat Sel Surya. UPI. Bandung. Hargono, Abdullah dan Indro Sumantri. 2008. Pembuatan Kitosan Dari Limbah
Cangkang Udang Serta Aplikasinya Dalam Mereduksi Kolesterol Lemak Kambing [jurnal]. UNDIP, Semarang.
Hendri, John. 2008. Teknik Deproteinasi Kulit Rajungan (Portunus pelagious)
secara Enzimatik dengan Menggunakan Bakteri Pseudomonas aeruginosa untuk Pembuatan Polimer Kitin dan Deasetilasinya [jurnal]. Universitas Lampung.
Hersenanto, dkk. 2009. Potensi Mineralisasi Hydrothermal Prospek Cibobos,
Panggarangan Lebak, Propinsi Banten. Artikel Puslitbang Geologi Kelautan.
Herwanto, Bimbing dan Eko Santoso. 2006. Adsorpsi Ion Logam Pb(II) pada
Membran Selulosa-Khitosan Terikat Silang [jurnal]. ITS, Surabaya. Indah, Sinta dan Rohaniah. 2009. Studi Regenerasi Adsorben Kulit Jagung (zea
mays l.) Untuk Menyisihkan Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) dari Air Tanah [jurnal]. Universitas Andalas, Padang.
Khopkar, S.M. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik. UI Press, Jakarta. Khotimah, Nurul dkk. 2010. Adsorpsi Logam Kromium (IV) oleh Biomassa
Chara Fragilis Menggunakan Spektroskopi Serapan Atom [PKM-GT]. Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Kimung. 2008. Pasir Kuarsa. Blitar.
http://blitarian.com/content/view/126/52/ Kurniawan Siregar, SK. 2007. Perubahan Fasa Baja Mangan (FeMn) Hadfield
3401 pada Proses Pemanasan dan Perlakuan Pendinginan Cepat (water quenching) dan Lambat (air cooling) [tesis]. Universitas Sumatera Utara.
79
Kusumawati, Yuli. 2009. Mengenal Lebih Dekat Kitosan. Kusumawati, Nita. 2009. Pemanfaatan Limbah Kulit Udang Sebagai Bahan Baku
Pembuatan Membrane Ultrafiltrasi [jurnal]. UNS. Laboratorium Pusat Pengujian tekMIRA. 18 Juni 2010. Bandung. Mahendra, Jarot. 2007. Pemanfaatan Kitosan Dan Kitosan Termodifikasi Dari
Limbah Udang Sebagai Adsorben Logam Cu, Cr, Dan Zn [skripsi]. Universitas Indonesia, Depok.
Marganof. 2003. Potensi Limbah Udang Sebagai Penyerap Logam Berat (timbal,
kadmium, dan tembaga) di Perairan [tesis]. IPB, Bogor. Nugroho Catur Saputro, Agung dkk. 2009. Pengaruh Metode Isolasi Terhadap
Sifat Karakterisasi Kitosan. Prosiding seminar nasional kimia dan pendidikan kimia 2009. UNS & UGM.
Nurul Chaerani, Annisa. 2010. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). STIK
Jendral A. Yani, Cimahi. Oscik, J. 1982. Adsorption. John Wiley and Sons, New York. Oxtoby, David W., et al. 2003. Prinsip-prinsip Kimia Modern. Edisi keempat,
diterjemahkan oleh Suminar Setiati Achmadi. Erlangga, Jakarta. Purnawan, C. dkk. 2009. Kajian Parameter Deasetilasi Kitin dari Cangkang
Udang Berdasarkan Karakter Spektra Infra Merah (IR). Prosiding seminar nasional kimia dan pendidikan kimia 2009. UNS & UGM.
Puspawati, N. M. dan I. N. Simpen. 2010. Optimasi deasetilasi kitin dari kulit
udang dan cangkang kepiting limbah restoran seafood menjadi kitosan melalui variasi konsentrasi NaOH [jurnal kimia]. ISSN 1907-9850. Universitas Udayana, Bukit Jimbaran.
Rachdiati, Henny dkk. 2007. Penggunaan kitosan untuk penghilangan krom VI
dalam air [jurnal]. Pusat Penelitian Metalurgi. Serpong. Rahayu, L. H. dan S. Purnavita. 2007. Optimasi Pembuatan Kitosan Dari Kitin
Limbah Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) untuk Adsorben Ion Logam Merkuri [jurnal]. Akademi Kimia Industri St. Paulus, Semarang.
Rochima, Emma dkk. 2007. Viskositas dan Berat Molekul Kitosan Hasil Reaksi
Enzimatis Kitin Deasetilase Isolat [makalah nasional]. IPB, Bogor. Rochima, Emma. 2008. Karakterisasi Kitin dan Kitosan Asal Limbah Rajungan
Cirebon Jawa Barat [jurnal]. IPB, Bogor. Rohayati, Yati. 2009. Silikon. Bandung. http://duniakimiaku.blogspot.com/
80
Rora, Elis. 2007. Modifikasi Kitosan Menjadi Karboksimetil Kitosan Dan Aplikasinya Sebagai Pengikat Logam Berat Hg, Pb, Dan Cd Pada Daging Kerang Hijau (Perna viridis Linn.)[skripsi]. Universitas Indonesia, Depok.
Rosita, Nina. 2005. Efektifitas Kitosan dalam Menurunkan Kandungan Timbal
(Pb) pada Kerang Hijau (Mytilus viridis) dengan Sistem Resirkulasi Sederhana [Skripsi]. Universitas Indonesia, Depok.
Ruswanti, Indah, Khabibi, dan Retno Ariadi Lusiana. 2007. Membran Kitosan
Padat Dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) dan Aplikasinya Sebagai Adsorben Ion Mangan(II) dan Besi(II) [jurnal]. Universitas Diponegoro, Semarang.
Saniyyah, Nubzah. 2010. Penyerapan Cd, Cr, Cu, dan Pb dalam Air Limbah
Menggunakan Sekam Padi [skripsi]. UIN, Jakarta. Sedjati, Sri. 2006. Pengaruh Kitosan Terhadap Mutu Ikan Teri (Stolephorus
heterolobus) Asin Kering Selama Penyimpanan Suhu Kamar [tesis]. UNDIP, Semarang.
Setiasih, Lilis. 2009. Pembuatan Kitosan Untuk Penjernihan Air Dari Cangkang
Udang. Bandung. Shofiyani, Anis dan Titin Anita Zaharah. 2005. Kinetika Adsorpsi Cu(II) pada Adsorben
Karbon Aktif dan Chitosan Hasil Preparasi dari Cangkang Udang Windu (Penaus monodon) [jurnal]. Universitas Tanjungpura, Pontianak.
Silverstein, R.M. 1991. Penyelidikan Spektrometrik Senyawa Organik. Edisi 4,
diterjemahkan oleh Hartomo. Erlangga, Jakarta. Sinamo, Alim Senina. 2007. Mengenal Solar Cell Sebagai Energi Alternatif.
Jurnal Puslitbang Iptekhan Balitbang Dephan. Sulistiyono, Eko. 2005. Kajian proses ekstraksi unsur besi dari pasir kuarsa
[jurnal]. Pusat Penelitian Metalurgi, LIPI. Serpong. Syahmani dan Arif Sholahuddin. 2009. Interaksi Cd(II) dengan Kitin dan Kitosan
Isolat Limbah Kulit Udang [jurnal]. Banjarmasin. Tanindya Apsari, Ajeng dan Dina Fitriasti. 2010. Studi kinetika penjerapan ion
kromium dan ion tembaga menggunakan kitosan produk dari cangkang kepiting [jurnal]. Universitas Diponegoro, Semarang.
Wahyuni, Suci dan Nurul Widiastuti. 2009. Adsorpsi Ion Logam Zn(II) pada
Zeolit A yang Disintesis dari Abu Dasar Batubara Pt Ipmomi Paiton Dengan Metode Batch [jurnal]. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Widowati, Wahyu; Astiana Sastiono; dan Raymond Jusuf. 2008. Efek Toksik
Logam, Pencegahan dan Penanggulangan Pencemaran. Penerbit ANDI, Yogyakarta.
81
Lampiran 1. Bagan Kerja Pembuatan Kitosan
Pencucian
Pengeringan
Penghancuran
Demineralisasi (25- 30o C, 1 jam, 1:15 HCl 1M)
Pemisahan dan pencucian (aquades hingga pH netral)
Pemisahan dan pencucian (aquades hingga pH netral)
Deproteinasi (80-90o C, 3 jam, NaOH 1 M)
Deasetilasi (90o C, 1 jam, NaOH 50%)
Pemisahan dan pencucian (aquades hingga pH netral)
Pengeringan
Kitin
Kitosan
Limbah kulit rajungan
82
Lampiran 2. Bagan Kerja Pembuatan Natrium Silikat
Pasir
Dicuci
Dikeringkan
Pasir kuarsa + Na2CO3 (homogenkan)
Dilakukan analisis dengan AAS
disaring
Dilarutkan dalam air mendidih (aduk, 2 jam)
Leburan silika dikeluarkan dan didinginkan
Digerus menjadi serbuk
Panaskan (1200oC, tahan sampai 2 jam)
Dimasukan dalam krusibel
83
Lampiran 3. Rendemen, derajat deasetilasi, dan tekstur kitosan dari
cangkang rajungan
Sampel Cangkang rajungan Bobot sampel 200,00 gram Bobot hasil demineralisasi 72,60 gram Bobot hasil deproteinasi (kitin) 61,20 gram Bobot hasil deasetilasi (kitosan) 34,89 gram Rendemen kitin 30,60% Rendemen kitosan 57,00 % Derajat deasetilasi 75,99 % Tekstur kitosan Serbuk putih kecoklatan
a. Perhitungan rendemen kitin dan kitosan
Rendemen kitin = x 100%
= x 100% = 30,60%
Rendemen kitosan = x 100%
= x 100% = 57,00%
b. Untuk menentukan Derajat Deasetilasi (DD) dengan metode Base Line yang
dilakukan oleh Rosita (2005) dengan rumus sebagai berikut:
Keterangan:
A = log
P0 = Jarak antara garis dasar dengan garis singgung antar puncak P = Jarak antara garis dasar dengan lembah A1655 = Absorbansi pada panjang gelombang 1655 cm
-1 untuk serapan gugus
amida/asetamida (CH3CONH
-)
A3450 = Absorbansi pada panjang gelombang 3410 cm-1
untuk serapan gugus hidroksil (OH
-)
84
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.03.5
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25.2
cm-1
%T
Laboratory Test Result
kitosan sintesis
3426.27
1661.76
Po
1380.Po 14
P1078.35
P
A1 = log Po = log 22 = 0,5295 P 6,5
A2 = log Po = log 15,5 = 0,1691 P 10,5
Derajat deasetilasi = [ 1- ( ) ] x 100%
= 75,99%
85
Lampiran 4. Kurva Standar Logam
1. Kurva Standar Fe
Standar Fe (ppm) Absorbansi 1 0,0118 2 0,0242 3 0,0369 4 0,0530
2. Kurva Standar Mn
Standar Mn (ppm) Absorbansi 0 -0,00512
0,2 0,00681 0,5 0,02861 1,0 0,06815 2 0,14460
86
Lampiran 5. Data adsorpsi ion Fe dan Mn
1. Adsorpsi logam berdasarkan variasi massa kitosan
a. Besi
Massa kitosan
(g)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi (%)
0,1 0,6548 0,6512 0,6530 ±2,55 x 10-3 0,4760 42,16 0,2 0,6099 0,6083 0,6091 ± 1,13 x 10-3 0,5199 46,05 0,3 0,5517 0,5603 0,5560 ± 6,08 x 10-3 0,5730 50,75 0,4 0,5305 0,5301 0,5303 ± 2,83 x 10-4 0,5987 53,03 0,5 0,4598 0,4640 0,4619 ± 2,97 x 10-3 0,6671 59,09 0,6 0,6314 0,6395 0,6355 ± 5,73 x 10-3 0,4935 43,71
Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 1,1290 ppm.
b. Mangan
Massa kitosan
(g)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi (%)
0,1 0,07432 0,07408 0,07420 ± 1,69 x 10-4 0,02720 26,82 0,2 0,06730 0,06734 0,06732 ± 2,83 x 10-5 0,03408 33,61 0,3 0,06573 0,06487 0,06530 ± 6,08 x 10-4 0,03610 35,60 0,4 0,05610 0,05644 0,05627 ± 2,40 x 10-4 0,04513 44,51 0,5 0,04891 0,04906 0,04899 ± 1,60 x 10-4 0,05241 51,69 0,6 0,05105 0,05179 0,05142 ± 5,23 x 10-4 0,04998 49,29
Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,10140 ppm.
87
2. Adsorpsi logam berdasarkan variasi waktu
a. Besi
Waktu (menit)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi (%)
15 0,2603 0,2641 0,2622 ± 2,69 x 10-3 0,5854 69,07 30 0,2379 0,2355 0,2367 ± 1,70 x 10-3 0,6109 72,07 60 0,2684 0,2706 0,2695 ± 1,56 x 10-3 0,5781 68,20 90 0,2798 0,2766 0,2782 ± 2,26 x 10-3 0,5694 67,18
120 0,3341 0,3401 0,3371 ± 4,24 x 10-3 0,5105 60,23 Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,8476 ppm.
b. Mangan
Waktu (menit)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi
(%)
15 0,05382 0,05424 0,05403 ± 2,97 x 10-4 0,03187 37,10 30 0,04061 0,04099 0,04080 ± 2,69 x 10-4 0,04510 52,50 60 0,06064 0,06266 0,06165 ± 1,43 x 10-3 0,02425 28,23 90 0,06255 0,06289 0,06272 ± 2,40 x 10-4 0,02318 26,98
120 0,06148 0,05960 0,06054 ± 1,33 x 10-3 0,02536 29,52 Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) 0,08590 ppm.
88
3. Adsorpsi logam berdasarkan variasi konsentrasi asam
a. Besi
pH
Konsentrasi sebelum di
adsorpsi (Co) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi
(%)
2 0,4441 0,2099 0,2069 0,2084 ± 2,12 x 10-3 0,2357 53,16 3 0,4422 0,0975 0,0999 0,0987 ± 1,70 x 10-3 0,3435 77,68 4 0,4404 0,2821 0,2903 0,2862 ± 5,80 x 10-3 0,1542 35,01 5 0,4425 0,3085 0,3115 0,3100 ± 2,12 x 10-3 0,1325 29,94 6 0,4781 0,3647 0,3707 0,3677 ± 4,24 x 10-3 0,1104 23,09 7 0,4789 0,3774 0,3824 0,3799 ± 3,54 x 10-3 0,0990 20,67
b. Mangan
pH
Konsentrasi sebelum di
adsorpsi (Co) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi
(%)
2 0,04644 0,03034 0,03116 0,03075 ± 5,80 x 10-4 0,01569 33,79 3 0,04590 0,01878 0,01916 0,01897 ± 2,69 x 10-4 0,02693 58,67 4 0,04765 0,02591 0,02629 0,02610 ± 2,69 x 10-4 0,02155 45,23 5 0,05264 0,03590 0,03598 0,03594 ± 5,66 x 10-5 0,01670 31,72 6 0,05696 0,03706 0,03744 0,03725 ± 2,69 x 10-4 0,01971 34,60 7 0,05219 0,03494 0,03430 0,03462 ± 4,53 x 10-4 0,01757 33,67
89
4. Adsorpsi logam berdasarkan variasi suhu
a. Besi
Suhu (oC)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi (%)
30 0,4795 0,4757 0,4776 ± 2,69 x 10-3 0,3758 44,04 40 0,3533 0,3593 0,3563 ± 4,24 x 10-3 0,4971 58,25 50 0,3022 0,2954 0,2988 ± 4,81 x 10-3 0,5546 64,99 60 0,2140 0,2102 0,2121 ± 2,69 x 10-3 0,7287 75,15 70 0,1236 0,1258 0,1247 ± 1,56 x 10-3 0,7287 85,39 80 0,1510 0,1536 0,1523 ± 1,84 x 10-3 0,7011 82,15
Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,8534 ppm.
b. Mangan
Suhu (oC)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi setelah di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi (%)
30 0,05235 0,05297 0,05266 ± 4,38 x 10-4 0,07274 58,01 40 0,04927 0,04901 0,04914 ± 1,84 x10-4 0,07626 60,81 50 0,04554 0,04616 0,04585 ± 4,38 x 10-4 0,07955 63,44 60 0,04312 0,04286 0,04299 ± 1,84 x 10-4 0,08241 65,72 70 0,04705 0,04723 0,04714 ± 1,27 x 10-4 0,07826 62,41 80 0,07067 0,07111 0,07089 ± 3,11 x 10-4 0,05451 43,47
Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,12540 ppm.
90
5. Perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN
a. Besi
Jenis
kitosan
Konsentrasi sebelum di
adsorpsi (Co) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi
(C1) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi
(C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi
(%)
Kitosan sintesis
0,8534 0,2140 0,2102 0,2121 ± 1,56 x 10-3 0,7287 85,39
Kitosan BATAN
0,8534 0,2601 0,2633 0,2617 ± 2,26 x 10-3 0,5917 69,33
b. Mangan
Jenis
kitosan
Konsentrasi sebelum di
adsorpsi (Co) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi
(%)
Kitosan sintesis
0,12540 0,04312 0,04286 0,04299 ± 1,84 x 10-4
0,08241 65,72
Kitosan BATAN
0,12540 0,05435 0,05481 0,05458 ± 3,25 x 10-4
0,07082 56,48
6. Pengurangan ion Fe dan Mn pada natrium silikat
Ion
logam
Konsentrasi sebelum di
adsorpsi (Co) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C1) (ppm)
Konsentrasi seteleh di
adsorpsi (C2) (ppm)
Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata)
(ppm)
Konsentrasi yang
teradsorpsi (ppm)
Persentase adsorpsi
(%)
Fe 0,8534 0,2140 0,2102 0,2121 ± 1,56 x 10-3 0,7287 85,39 Mn 0,12540 0,05435 0,05481 0,05458 ± 3,25x10-4 0,07082 56,48
91
Lampiran 6. Adsorpsi logam dengan persamaan isoterm adsorpsi
1. Besi
No. Co (mg/L) m (gram) Isoterm Langmuir
C x x/m
1. 0,8476 0,20 0,2622 0,5854 2,9270
2. 0,8476 0,20 0,2367 0,6109 3,0545
3. 0,8476 0,20 0,2695 0,5781 2,8905
4. 0,8476 0,20 0,2783 0,5694 2,8470
5. 0,8476 0,20 0,3371 0,5105 2,5525
Keterangan: m = bobot adsorben kitosan (gram) C0 = konsentrasi awal (mg/L) C = konsentrasi akhir (mg/L) x = konsentrasi awal- konsentrasi akhir (mg/L) Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = -4,999x + 4.238 dengan
R² = 0,999.
No. Co (mg/L) m (gram) Isoterm Freundlich
Log C X Log x/m
1. 0,8476 0,20 -0,5814 0,5854 0,4664
2. 0,8476 0,20 -0,6258 0,6109 0,4849
3. 0,8476 0,20 -0,5694 0,5781 0,4610
4. 0,8476 0,20 -0,5556 0,5694 0,4544
5. 0,8476 0,20 -0,4722 0,5105 0,4070
Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh adalah y = -0.514x + 0.166
dengan R² = 0.992.
92
2. Mangan
No. Co (mg/L) m (gram) Isoterm Langmuir
C x x/m
1. 0,08590 0,20 0,05403 0,03187 0,15935
2. 0,08590 0,20 0,04080 0,04510 0,22550
3. 0,08590 0,20 0,06165 0,02425 0,12125
4. 0,08590 0,20 0,06272 0,02318 0,11590
5. 0,08590 0,20 0,06054 0,02536 0,12680
Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = -5x + 0,429 dengan
R² = 0,999.
No. Co (mg/L) m (gram) Isoterm Freundlich
Log C X Log x/m
1. 0,08590 0,20 -1,26737 0,03187 -0,79765
2. 0,08590 0,20 -1,38934 0,04510 -0,64685
3. 0,08590 0,20 -1,21007 0,02425 -0,91632
4. 0,08590 0,20 -1,20259 0,02318 -0,93592
5. 0,08590 0,20 -1,21796 0,02536 -0,89688
Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh adalah y = -1,523x – 2,753
dengan R² = 0.983.
93
Lampiran 7. Foto-foto hasil penelitian
Lelehan hasil pemanggangan pasir Kristal natrium silikat
Proses demineralisasi Proses deproteinasi Proses deasetilasi
Cangkang rajungan Serbuk rajungan 100 mesh Kitin
Kitosan sintesis Kitosan produk BATAN
94
Tanur Stirer bar
Grinder Alat penyaringan
Demineralizer Oven
95
Timbangan analitik Eksikator
FTIR AAS
SEM Krusibel
96
Lampiran 8: Hasil analisa pasir kuarsa dengan SEM
100 µm100 µm100 µm100 µm100 µm
Title : IMG2 --------------------------- Instrument : Volt : 20,00 kV Mag. : x 500 Date : 2010/05/07 Pixel : 640 x 480
Acquisition Parameter Instrument : 6390(LA) Acc. Voltage : 20.0 kV Probe Current : 1.00000 nA PHA mode : T3 Real Time : 66.12 sec Live Time : 50.00 sec Dead Time : 24 % Counting Rate : 5433 cps
Energy Range : 0 - 20 keV
97
Lampiran 9: Hasil Analisa Kandungan Pasir Kuarsa dengan AAS
98
Bagan Alir Kerja Penelitian
+ H2O
Kitosan
Gugus fungsional kitosan
Analisis FTIR
Serbuk rajungan
Kitin Serbuk natrium silikat
Pasir + Na2CO3
Pengaruh pH Pengaruh temperatur Pengaruh waktu Pengaruh massa kitosan
+ Larutan natrium silikat
Analisis kadar logam Fe dan Mn dengan AAS
Gambar 12. Kerangka kerja penelitian
40