optimasi metode adsorpsi menggunakan silika sekam …digilib.unila.ac.id/29372/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
OPTIMASI METODE ADSORPSI MENGGUNAKAN SILIKA SEKAMPADI UNTUK ANALISA SENYAWA POLISIKLIK AROMATIK
HIDROKARBON (PAH)
(Skripsi)
Oleh
LULU NUR RACHMI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2017
ABSTRACT
OPTIMIZATION OF THE ADSORPSTION METHOD USING RICEHUSK SILICA TO ANALYSIS THE COMPOUND OF POLYCYCLIC
AROMATIC HYDROCARBON (PAH)
By
Lulu Nur Rachmi
The production of silica using rice husk as the main material in this research hasbeen done. The silica that produced was characterized using Scanning ElectronMicroscopy (SEM/EDS) to determine the surface morphology, Particel SizeAnalizer (PSA) to determine the distribution of particle size, and FourierTransform Infra Red (FTIR) to indentify the functional group. The adsorption testwas conducted for determination of optimum mass of adsorbent, the time ofoptimum contact, the optimum pH, the determination of initial concentration, theadsorption kinetics, and the adsorption isotherm of phenantherene. The result ofmass of adsorbent optimum was obtained on 3 mg, the time of optimum contactwas obtained on 120 minutes, the optimum pH was obtained on pH 3, and theinitial concentration phenantrene was obtained on 15 mg L-1. The adsorptionkinetics data of phenanthrene on silica matchs with the model of pseudo secondorder with the correlation coefficient (r2) is 0,9997. The adsorption isotherm ofphenanthrene on silica follows the Freundlich isotherms with the correlationcoefficient (r2) is 0,975 suggesting the type of the physical adsorption.
Keywords: rice husk, silica, adsorption, Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH),phenanthrene.
ABSTRAK
OPTIMASI METODE ADSORPSI MENGGUNAKAN SILIKA SEKAMPADI UNTUK ANALISA SENYAWA POLISIKLIK AROMATIK
HIDROKARBON (PAH)
Oleh
Lulu Nur Rachmi
Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan silika dengan bahan utama sekampadI. Silika yang dihasilkan dikarakterisasi dengan menggunakan ScanningElectron Microscopy (SEM/EDS) untuk mengetahui morfologi permukaan,Particel Size Analizer (PSA) untuk mengetahui distribusi ukuran partikel, danFourier Transform Infra Red (FTIR) untuk mengidentifikasi gugus fungsional.Uji adsorpsi yang dilakukan meliputi penentuan massa optimum adsorben, waktu kontakoptimum, pH optimum, penentuan konsentrasi awal, kinetika adsorpsi, dan isotermadsorpsi phenantren. Hasil massa optimum adsorben diperoleh pada berat 3 mg, waktukontak optimum diperoleh pada waktu 120 menit, pH optimum diperoleh pada pH 3, dankonsentrasi awal phenantren diperoleh pada 15 mg L-1. Data kinetika adsorpsi phenantrenpada silika mengikuti model kinetika pseudo orde dua dengan koefesien korelasi (r2)sebesar 0,9997. Isoterm adsorpsi phenantren pada silika mengikuti model isotermFreundlich dengan koefisien korelasi (r2) 0,975 yang termasuk dalam jenis adsorpsisecara fisika.
Kata kunci : sekam padi, silika, adsorpsi, Polisiklik Aromatik Hidrokarbon(PAH), phenantren.
OPTIMASI METODE ADSORPSI MENGGUNAKAN SILIKA SEKAM
PADI UNTUK ANALISA SENYAWA POLISIKLIK AROMATIK
HIDROKARBON (PAH)
Oleh
LULU NUR RACHMI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar
SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2017
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Lulu Nur Rachmi, lahir di Tangerang
pada tanggal 19 April 1995 merupakan anak kedua dari empat
bersaudara. Penulis lahir dari pasangan suami istri Bapak
Komaruddin, S.Pd.I dan Ibu Marianih, HB. Penulis sekarang
bertempat tinggal di Jl. Cambai Agung No. 1706, Kelurahan Pahlawan,
Kecamatan Kemuning, Palembang.
Penulis menyelesaikan pendidikan mulai dari Taman Kanak – Kanak Izzuddin
Tangerang, SD Negeri 181 Palembang lulus pada tahun 2007, SMP Negeri 9
Palembang lulus pada tahun 2010, SMA Negeri 3 Palembang lulus pada tahun
2013 dan mulai tahun 2013 hingga penulisan skripsi ini, penulis melanjutkan
pendidikan perguruan tinggi di Jurusan S1 Kimia FMIPA Universitas Lampung
melalui jalur SBMPTN (Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri)
2013.
Selain belajar di bangku kuliah, penulis juga aktif berorganisasi. Organisasi yang
pernah penulis ikuti adalah Himpunan Mahasiswa Kimia (Himaki) FMIPA
Universitas Lampung sebagai Kader Muda Himaki tahun 2013 – 2014, anggota
Bidang Sosial Masyarakat tahun 2014 – 2015 dan 2015 – 2016. Penulis juga aktif
di organisasi lain sebagai anggota Bidang Pengembangan Sumber Daya Manusia
pada tahun 2014 UKM Koperasi Mahasiswa Unila.
Pada tahun 2013 – 2017 Penulis mendapatkan beasiswa BIDIKMISI. Penulis
juga pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar tahun 2015 untuk mahasiswa
THP (Teknologi Hasil Pertanian), praktikum Kimia Dasar tahun 2016 untuk
mahasiswa Agribisnis, praktikum Kimia Dasar tahun 2016 untuk mahasiswa
Peternakan, praktikum Kimia Analitik tahun 2016 untuk mahasiswa Kimia dan
praktikum CCP (Cara-Cara Pemisahan) pada tahun 2016 untuk mahasiswa Kimia.
MOTTO
Berangkat dengan penuh keyakinan dan berjalandengan penuh keikhlasan.
Hiduplah seperti pohon kayu yang lebat buahnya;hidup di tepi jalan dan dilempari orang dengan
batu, tetapi dibalas dengan buah.(Abu Bakar Sibli)
Waktu itu bagaikan pedang, jika kamu tidakmemanfaatkannya menggunakan untuk memotong,
ia akan memotongmu (menggilasmu).(H.R. Muslim)
Jadilah seperti karang di lautan yang kuatdihantam ombak dan kerjakanlah hal yang
bermanfaat untuk diri sendiri dan orang lain,karena hidup hanyalah sekali. Ingat hanya pada
Allah SWT apapun dan dimanapun kita berada Dia-lah tempat meminta dan memohon.
(Anonim)
Segala Puji dan Syukur kepada Allah SWTKupersembahkan Karya sederhanaku dengan
penuh cinta dan perjuangan sebagai rasasayang dan baktiku Teruntuk :
Kedua Orang tuaku,Ayah Komaruddin, S. Pd. I dan Ibu Marianih, HB.
yang telah memberikan cinta kasih, dukungan,motivasi, dan doa untukku.
KakakkuSri Nurhikmah, S. Pd.
Adik – adikkuZidan Faradillah Sah dan M. Arman Sah
Pembimbing Penelitianku, Ibu Rinawati,Ph. D.
Orang terkasih, Sahabat, Kerabat, danTeman
Almamater Tercinta
SANWACANA
Assalamu'alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas
segala rahmat dan karunia-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul "Optimasi Metode Adsorpsi menggunakan Silika Sekam
Padi untuk Analisa Senyawa Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH)"
adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
Selama pelaksanaan dan penulisan skripsi ini tidak lepas dari halangan dan
rintangan, namun semua itu dapat penulis lewati berkat rahmat dan ridha Allah
SWT serta doa, bantuan, dan dorongan semangat dari orang-orang yang hadir
dalam kehidupan penulis. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima
kasih setulus-tulusnya kepada:
1. Bapak Prof. Warsito, D.E.A., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
2. Bapak Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T. selaku Ketua Jurusan Kimia
FMIPA Unila.
3. Ibu Rinawati, Ph. D. selaku PembimbingPertama penelitian atas segala
bimbingan, motivasi, bantuan, nasihat, saran, dan seluruh kebaikkannya
hinggapenulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
4. Ibu Dr. Ni Luh Gede Ratna, J. M. S. selaku PembimbingKeduapenelitian
atas bimbingan, motivasi, bantuan, nasihat, saran, danseluruh
kebaikkannya hinggapenulis dapatmenyelesaikan penulisan skripsi ini.
5. Bapak Drs. R. Supriyanto, M. S. selaku Pembahas penelitian atas segala saran,
kritik, motivasi, kebaikan, nasihat, bantuan dan inspirasiyangsangat
membangun dalam penulisan skripsi ini.
6. Ibu Prof. Dr. Tati Suhartati, M. S. selaku pembimbing akademik yang telah
banyak membantu dan memotovasi serta membimbing penulis selama masa
perkuliahan sehingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan dengan baik.
7. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung atas
seluruh ilmu yang diberikan.
8. Teristimewa untuk kedua orang tuaku yang sangat aku cintai dan banggakan
bapak Komaruddin, S. Pd.I dan ibu Marianih, terima kasih ayah atas segala
bentuk pengorbanan, cinta yang begitu besar dan kasih sayangmu yang tulus.
Ibuku yang dengan tulus menyayangi, sabar dalam menghadapi sikap
burukku, dan senantiasa mendoakan kesuksesanku. Terima kasih atas segala
kebaikan, keikhlasan, kerja keras dan segala perjuangan kalian yang telah
diberikan kepadaku.
9. Kakakku Sri Nurhikmah, S. Pd. dan Adik-adikku tersayang Zidan Faradillah
Sah dan M. Arman Sah yang selalu setia menjadi partner bertengkar serta
selalu memberikan warna dihidupku sehingga aku selalu merindukan rumah,
terimakasih ataskeceriaan yang menjadi sumber motivasi. Serta terimakasih
kepada kakak iparku Revo Oceandi atas bantuannya selama ini dan buat
keponakan mamcik si Butong (M. Fariz Ramadhan) yang selalu buat rindu
akan rumah.
10. Keluarga besar dan saudara-saudaraku yang tidak dapat disebutkan satu per
satu, terimakasih atas doa dan dukungannya.
11. Kak Wagiran, S.Si. atas yang telah mengajarkan dan membantu kegiatan
penelitian serta penyelesaian skripsi ini.
12. Para Pegawai di Laboratorium UPT-LTSIT (Unit Pelayanan Teknis-
Laboratorium Terpadu Sentra Inovasi Teknologi) yaitu mba Lina, kak Miftah,
kak Purna, mba Melli, mba Wiwid, dan mba Putri atas doa, semangat, serta
bantuannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
13. Seluruh karyawan Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung Pak Gani, Bu
Ani, Uni Kidas, Pak Man, Mas Nomo, Mba Umi atas seluruh bantuan yang
diberikan kepada penulis.
14. Partner sePembimbingan Christian Paul Partogi Sidabalok dan Ferdian Dicky
Permana atas motivasi, semangat, kebersamaan, konflik, keceriaan, bantuan
selama ini. Sukses Kedepannya Bro.
15. Analytic SquadYuvica, Dicky, Paul, Eky, Fera, Nurma, Rian, Dian, Anita,
Kiki, Oci, Padila, Uut, Tika, dan Eka Maharani atas kebersamaan, bantuan,
serta semangatnya.
16. Sahabat-sahabatdari SMP sampai sekarang Dian Ramadani, Herning Satuti,
Vika Diwinta Aulia atas doa, dukungan, semangat, kebersaman, keceriaan,
kebaikannya, yang selalu konflik gegara hal spele tapi ujung-ujungnya baikan
lagi, kalian yang terbaik. Semoga persahabatan ini tetap terjaga dengan baik.
Amiin.
17. Satu-satunya best Woman dari zaman MABA (Mahasiswa Baru) yang tetep
stay sampai sekarang Gesa Gustami Pangesti (Gesa Geol) atas doa, keceriaan,
kebersamaan, kebaikan, konflik dan bantuannya selama ini.Semoga Allah
SWT membalas kebaikan gesa dan sukses kedepannya. Amiin.
18. Kesayangan seatap Aci, Diawa, Galuh, Imah atas kebaikan, nasihat, bantuan,
dan kesabarannya dalam menghadapi sikap lulu. Banyak pelajaran yang lulu
ambil dari kalian. Sekarang udah pada sibuk masing-masing dengan cita-
citanya dan cintanya. Hehehe. Sukses kedepannya sista.
19. My Best Roommate Yuvica Oktaviana (Piko) atas kebaikan, keceriaan,
motivasi, nasihatnya.Susah seneng bareng, tidur bareng, makan bareng,
kekampus bareng, maen bareng, pokoknya semuanya serba bareng kecuali
cowok ya hhhaa. Bakal kangen dengan kebersamaan ini. Cepet menyusul
gelar S. Si nya piko.
20. Adiks 98 yang super duper cerewet dan kepo Dellania Firda atas dukungan,
kebaikan, nasihat, keceriaan, kebersamaan, dan bantuan selama ini. Cepet
menyusul dels.
21. Meta Herdiani (tatak) atas doa, semangat, motivasi, kebaikan serta
keceriannya. Sukses selalu beb.
22. Tim Baby Boys, Yuvica Oktaviana, Riski Rahmadani, dan Fera Lasriama
Manalu atas motivasi, semangat, kebersamaan, keceriaan, dan bantuan selama
ini.
23. Kance-kanceku Anggun Ferliasari (Teh Anggun), Fatimah (Panjul), dan
Wahyuni dewi (Mba Balek) atas kebersamaan, kebaikan, nasihat, semangat,
motivasi dan bantuannya terhadap penulis dalam menyelesaikan penelitian
dan skripsi ini. Semoga kedepannya kita bisa sukses Amiin.
24. Anggota Qqme (kami) SDN 181 Palembang yaitu Ayu, Diana, Kamil, Dinda,
Septo, Madon, Dony, Bedri, Vera, Monic atas kebersamaan, keceriaan,
Motivasi, nasihat serta dukungannya.
25. Teman-teman Kimia angkatan 2013, Yuvica, Gesa, Kiki, Esti, Aulia,
Badiatul,Dewi Rumondang,Fatimah, Fera, Fika, Hermayana, Khalimatus,
Indah, Yudha, Esti, Nova, Linda, Anita, Dona, Megafit, Mawar, Mia, Nabilla,
Renita, Siti, Tya, Yulia, Uut, Vero,Widya, Yunitri, Della, Eky, Inggit, Awan,
Vicka, Arief, Oci, Maya, Nora, Atun, Diki, Shela, Vyna, Bara, Padila,
Wahyuni, Kurnia, Yolanda, Murnita, Nurma, Erva, Ismi, Eka Oso, Febri,
Paul, Fentri, Riska, Eka, Shelta, Nia, Nurul, Ana, Nita, Anggi, Tika, Yuni,
Celli, Rian, Tyas, Anggun, Radho, Arni, Sinta, Anton, Melita, Melia,
Monica, Citra, Kartika, Ezra, Ridho, Yunita,Verdi, Korina, Doddy, dan
Amha.
26. Kepada kakak2 & mba Rinawati’s Research Group: Rizal Rio Saputra,
Yunsi’u Nasyia’ah dan Riandra atas doa, motivasi, kebaikan dan bantuannya.
27. Kepada adik – adik Rinawati’s Research Group: Yunita, Riri, Ayi, Heni atas
doa, kebaikan dan bantuannya.
28. Teman-teman kosan Alen, Yuvica, Bella, Mba Tiwi, Riana, Putri Rado, Ade,
Athiya, Mia, Yunita,Ranti atas doa, kebersamaan, dan pembelajarannya.
29. Teman-teman KKNDesa Sukosari Kecamatan Kalirejo, Lampung Tengah
yaitu Agustina Fero Situmorang, Iqbal Nugraha, Vicka Andini, Adib Naufal,
Sinta April, Reni Januati atas doa, kebersamaan, dan semangatnya.
30. Analit Crew mba Febita, Agnessa, Fera, Anita, Yuvica, kiki, Dian, Uut, Oci,
Arra, Ayi, Teguh, Ilham, Dicky, Eka M, Eky, kak Ari, Nurma, mbak Wiwin,
Paul, kak Rio, Rian, Tika, kak Debi, Della, kak Derry, Diani, Edith, mbak
Elsa, Fergina, Grace, Ismini, Nindi, Nova, Padila, Riri, Yunita, Riza, Rizka,
Sifha, kak Ubay, Windi, Yola, dan mbak Welda atas doa dan semangatnya.
31. Teman-teman seperjuangan di Laboratorium UPT-LTSIT (Unit Pelayanan
Teknis-Laboratorium Terpadu Sentra Inovasi Teknologi), yaitu: Ferdian
Dicky Permana, Christian Paul Partogi Sidabalok, Sri Utami, Faradilla Dwi
Friscancelli, Tya Gita Putri Utami, mba Febyta Glyssenda, kak Arik Irawan,
kak Ari Susanto, Riska Martina, dan Dewi Citra Ariani yang selalu
memberikan warna, semangat, keceriaan, dukungan, saran, dan motivasi
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
32. Mba Endah Pratiwi (mba gege) atas kebaikan, semangat, motivasi dan
bantuannya semoga Allah SWT membalas semua kebaikan mba gege Amiin.
Dan juga kepada mba agus atas kebaikan dan bantuannya. Semangat S2 nya
mba-mbaku. Serta kak Sutan atas doa, kebaikan, motivasi, semangat, serta
nasihatnya. Tetep jadi kakak lulu yang baik hati ya kak. Semoga Allah SWT
membalas semua kebaikan kakak. Amiin.
33. Keluarga besar HIMAKI periode 2015/2016 atas pengalaman dan
semangatnya.
34. Keluarga besar kimia angkatan 2011, 2012, 2014, 2015, dan 2017 yang telah
membantu serta mendoakan.
35. Seluruh keluarga besar Jurusan Kimia.
36. Almamater tercinta, Universitas Lampung.
37. Semua pihak yang telah membantu penulisselama kuliah, penelitian, hingga
penulisan skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalas kebaikan mereka serta senantiasa menjaga mereka
dalam lindungan-Nya. Aamiin. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi
ini masih terdapat kekurangan dan kesalahan, untuk itu penulis mengharapkan
kritik dan saran yang membangun demi perbaikan penulisan di masa datang.
Bandar Lampung, 29 November 2017Penulis
Lulu Nur Rachmi
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI................................................................................................... i
DAFTAR TABEL .......................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
1. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ..................................................................................... 1
B. Tujuan Penelitian................................................................................... 4
C. Manfaat Penelitian................................................................................. 4
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Sekam Padi............................................................................................ 6
B. Silika...................................................................................................... 7
1. Definisi Silika ................................................................................... 7
2. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Silika.................................................... 8
a. Sifat Fisika ................................................................................... 8
b. Sifat Kimia ................................................................................... 9
3. Pemanfaatan Silika ........................................................................... 10
C. Silika Gel .............................................................................................. 10
D. Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) ............................................. 12
E. Sumber PAH ......................................................................................... 13
ii
F. Sifat PAH .............................................................................................. 17
G. Adsorpsi ............................................................................................... 18
1. Kinetika Adsorpsi ............................................................................ 20
2. Kapasitas Adsorpsi ........................................................................... 21
a. Isoterm Adsorpsi Langmuir ......................................................... 21
b. Isoterm Adsorpsi Freundlich ........................................................ 23
H. Karakterisasi ......................................................................................... 26
1. Scanning Electron Microscopy (SEM/EDS) .................................... 26
2. Particle Size Analyzer (PSA) ........................................................... 29
3. Fourier Transform Infra Red (FTIR) ................................................ 30
4. Spektro UV-VIS ............................................................................... 33
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................... 35
B. Alat dan bahan....................................................................................... 35
C. Prosedur Penelitian................................................................................ 36
1. Preparasi Sekam Padi ...................................................................... 36
2. Ekstraksi Silika dengan Metode Sol-Gel ........................................ 36
3. Karakterisasi Adsorben ................................................................... 37
a. Karakterisasi dengan SEM/EDS .................................................. 37
b. Karakterisasi dengan PSA ........................................................... 38
c. Karakterisasi dengan FTIR .......................................................... 38
4. Uji Aktivitas Adsorpsi Silika Terhadap Phenantren ........................ 39
a. Pembuatan Larutan Induk Phenantren 1000 mg L-1 .................... 39
b. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Phenantren............. 39
c. Penentuan Massa Optimum Adsorben......................................... 39
d. PenentuanWaktu Kontak Optimum ............................................ 40
e. Penentuan pH Optimum .............................................................. 40
iii
f. Penentuan Konsentrasi Awal Phenantren .................................... 40
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Preparasi Sekam Padi .......................................................................... 42
B. Ekstraksi dengan Metode Sol-Gel ....................................................... 43
C. Karakterisasi Adsorben ....................................................................... 45
1. Karakterisasi SEM/EDS .................................................................. 45
2. Karakterisasi PSA ........................................................................... 47
3. Karakterisasi FTIR ......................................................................... 47
D. Uji Aktivitas Adsorpsi Silika Terhadap Phenantren ........................... 49
1. Penentuan Panjang Gelombang Phenantren..................................... 49
2. Penentuan Massa Optimum Adsorben ............................................. 50
3. Penentuan Waktu Kontak Optimum ............................................... 51
4. Penentuan pH optimum ................................................................... 52
5. Penentuan Konsentrasi Awal .......................................................... 53
6. Kinetika Adsorpsi ........................................................................... 54
7. Isoterm Adsorpsi ............................................................................. 57
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan .............................................................................................. 60
B. Saran ..................................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Beberapa Senyawa PAH dan strukturnya ................................................. 14
2. Parameter kinetika adsorpsi phenantren terhadap silika ........................... 56
3. Parameter isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich phenantrenpada silika ................................................................................................. 58
4. Penentuan kurva standar phenantren untuk variasi adsorben ................... 69
5. Uji adsorpsi phenantren untuk variasi adsorben ....................................... 69
6. Penentuan kurva standar Phenantren untuk variasi WaktuSetimbang ................................................................................................. 70
7. Uji Adsorpsi Phenantren dengan waktu setimbang .................................. 71
8. Penentuan kurva standar phenantren untuk variasi pH ............................ 71
9. Uji Adsorpsi phenantren pada adsorben dengan variasi pH ..................... 72
10. Penentuan kurva standar phenantren untuk variasi konsentrasi ............... 72
11. Uji Adsorpsi phenantren pada adsorben dengan variasikonsentrasi phenantren.............................................................................. 73
12. Data perhitungan hasil kinetika pseudo orde satu pada silikaterhadap phenantren .................................................................................. 74
13. Data perhitungan hasil kinetika pseudo orde dua pada silikaTerhadap phenantren................................................................................. 76
14. Data perhitungan menggunakan model persamaan Langmuir
pada adsorpsi phenantren oleh silika ........................................................ 78
v
15. Data perhitungan menggunakan model persamaan Freundlichpada adsorpsi phenantren .......................................................................... 79
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Model Isoterm Adsorpsi Freundlich ......................................................... 24
2. Skematik Alat SEM .................................................................................. 27
3. Skema kerja PSA ...................................................................................... 29
4. Instrumen PSA .......................................................................................... 30
5. Skema alat FTIR ....................................................................................... 32
6. Instrumen FTIR......................................................................................... 32
7. Sekam Padi................................................................................................ 42
8. Sol natrium silikat ..................................................................................... 43
9. Gel silika sebelum dicuci .......................................................................... 44
10. Serbuk silika ............................................................................................. 44
11. Mikrograf silika perbesaran ...................................................................... 45
a. 1000x .................................................................................................... 45
b. 10.000x.................................................................................................. 45
12. Spektrum EDS dan Komposisi Fase yang terdapat dalam sampel ..................... 46
13. Grafik distribusi ukuran partikel silika ..................................................... 47
14. Spektra IR Silika ....................................................................................... 48
15. Panjang gelombang makasimum Phenantren .......................................... 50
vii
16. Adsorpsi PAH (Phenantren) pada penentuan dosis Optimum Adsorbenpada konsentrasi phenantren 10 mg L-1 dan kontak 60 menit .................. 51
17. Grafik waktu setimbang adsorpsi Phenantren dengan Silika sekampadi............................................................................................................ 52
18. Grafik pH optimum adsorpsi phenantren dengan silika sekam padi ........ 53
19. Kurva pengaruh konsentrasi awal adsorpsi Phenantren dengan silikasekam padi ................................................................................................ 54
20. Analisis kinetika pseudo orde satu pada silika terhadap phenantren ........ 55
21. Analisis kinetika pseudo orde dua pada silika terhadap phenantren......... 56
22. Kurva isoterm Langmuir phenantren oleh silika ...................................... 57
23. Kurva isoterm Freundlich phenantren oleh silika ..................................... 58
24. Kurva standar Phenantren untuk variasi Adsorben................................... 69
25. Kurva standar Phenantren untuk waktu kontak ........................................ 71
26. Kurva standar phenantren untuk variasi pH.............................................. 72
27. Kurva standar phenantren untuk variasi konsentrasi ................................ 73
28. Pola kinetika pseudo orde satu pada silika terhadap phenantren .............. 75
29. Pola kinetika pseudo orde dua pada silika terhadap phenantren............... 76
30. Pola isoterm adsorpsi menurut model Langmuir pada phenantrenoleh silika .................................................................................................. 78
31. Pola isoterm adsorpsi menurut model Freundlich pada phenantrenoleh silika .................................................................................................. 80
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Seiring dengan semakin majunya perkembangan di bidang industri, berbagai
aktivitas pembangunan industri telah memberikan peningkatan ekonomi
yang berarti bagi masyarakat dan tata pemerintahan. Namun industri
mempunyai pengaruh besar terhadap lingkungan karena dapat menghasilkan
limbah produksi baik limbah cair (liquid wastes), padat (solid wastes),
maupun gas (gaseous wastes) yang mencemari lingkungan (Setyaningsih,
2008). Sebagian besar limbah industri kimia mengandung beberapa racun
dan senyawa kimia yang sangat berbahaya apabila terkontaminasi pada
manusia, salah satunya yaitu senyawa Polisiklik Aromatik Hidrokarbon
(PAH).
Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) merupakan hidrokarbon yang
mengandung lebih dari satu cincin aromatik dalam satu molekul (Wardhana,
2001). PAH terdiri dari 2 atau lebih rantai karbon siklik yang memiliki
stabilitas yang tinggi di lingkungan, mempunyai sifat hidrophobik yang
tinggi dan struktur kimia yang stabil, sifatnya tidak mudah larut dan dapat
dengan cepat terserap. Distribusi dan keberadaan PAH sebagai kontaminan
organik pada ekosistem perairan sangat perlu diperhatikan karena
2
mempunyai efek mutagenik dan karsinogenik (Arias et al., 2009). Senyawa
PAH yang mengendap ke dasar perairan sangat beracun bagi organisme
perairan. Banyak hasil penelitian menunjukkan bahwa PAH yang berasal
dari kegiatan manusia dapat menyebabkan kanker dan efek mutagenik pada
organisme (Cavalieri dan Rogan, 1998).
Dampak dari senyawa PAH sangat merugikan dalam segala aspek. Oleh karena
itu perlu dilakukan usaha untuk mengurangi konsentrasi senyawa PAH untuk
mencegah terjadinya pencemaran lingkungan makin meluas, salah satu caranya
yaitu dengan menggunakan metode adsorpsi. Adsorpsi adalah kemampuan
menempel suatu zat pada permukaan, sedangkan kemampuan suatu zat untuk
melepaskan diri dari permukaan disebut dengan desorpsi. Adsorpsi menyangkut
akumulasi atau pemutusan substansi adsorbat pada adsorben dan pada hal ini
dapat terjadi pada antar muka dua fasa. Fasa yang menyerap disebut adsorben dan
fasa yang terserap disebut adsorbat (Oscik, 1982). Metode adsorpsi ini memiliki
kelebihan dari metode yang lain karena prosesnya lebih sederhana, biayanya
relatif murah, ramah lingkungan (Gupta and Bhattacharyya, 2006) dan tidak
adanya efek samping zat beracun (Blais et al., 2000). Faktor-faktor yang
mempengaruhi proses adsorpsi yaitu luas permukaan adsorben, ukuran molekul
adsorbat, konsentrasi adsorbat, suhu, pH, dan waktu pengadukan (Saepudin,
2009).
Beberapa peneliti seperti Apriliani (2010) menggunakan massa adsorben sebesar
0,5 gr dalam penelitian pemanfaatan arang ampas tebu sebagai adsorben yang
dilakukannya untuk adsorpsi ion logam. Proses aktivasi adsorben dilakukan
3
selama 1 jam sesuai dengan penelitian Darmayanti dkk, (2012) serta Adinata
(2013) yang menjelaskan dalam penelitiannya bahwa adsorben harus dinetralkan
terlebih dahulu setelah proses aktivasi. Barlianti (2009) melakukan penelitian
tentang fungsionalisasi komposit oksida besi pada silika untuk proses penyisihan
PAH dalam air dan uji kinerjanya. Hasil penelitian ini memperlihatkan bahwa
proses fungsionalisasi pada adsorben yang terbuat dari komposit oksida besi pada
silika berhasil membentuk ikatan Si-O-Si dan Fe-O-Si yang berperan dalam
penyisihan phenantren dalam air dan membentuk luas permukaan yang cukup
besar, yaitu 116,43 m2/g. Luas permukaan tersebut memberikan kapasitas
adsorpsi maksimum terhadap phenantren sebesar 11,53 mg phenantrene/g
adsorben.
Ada beberapa bahan yang dapat dijadikan sebagai adsorben untuk proses adsorpsi.
Salah satunya yaitu silika. Silika memiliki kemampuan penyerapan yang tinggi,
sehingga sangat baik digunakan sebagai adsorben, luas permukaan yang besar,
serta secara luas dapat digunakan sebagai filter, bidang farmasi, katalis, dan
analisis kromatografi. Silika diproduksi secara industri menggunakan natrium
silikat sebagai sumber silikanya (Liou dan Yang, 2010).
Salah satu bahan pembuatan silika yaitu sekam padi. Sekam padi merupakan
hasil samping saat proses penggilingan padi dan menghasilkan limbah yang cukup
banyak, yakni sebesar 20% dari berat gabah (Somaatmadja, 1980). Selama ini
pemanfaatan sekam padi belum maksimal. Hal ini disebabkan oleh karakteristik
sekam padi yaitu bersifat kasar, bernilai gizi rendah, memiliki kerapatan yang
rendah, dan kandungan abu yang cukup tinggi (Houston, 1972). Metode yang
4
sudah umum digunakan untuk mendapatkan silika dari sekam padi adalah metode
sol-gel yang pada dasarnya terdiri dari dua tahap, yakni ekstraksi silika dengan
larutan alkalis dan penetralan sol silika dengan asam untuk mengubah silika dari
sol menjadi gel (Daifullah et al., 2002).
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dalam penelitian ini akan dilakukan
pemanfaatan silika dari sekam padi untuk adsorpsi senyawa PAH. Karakterisasi
silika dianalisis menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM/EDS),
Particle Size Analyzer (PSA), Fourier Transform Infra-Red (FTIR) dan Uji
adsorpsi senyawa PAH menggunakan Spektro UV-VIS.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mempelajari karakteristik silika dari sekam padi.
2. Mempelajari tentang kemampuan adsorpsi silika sekam padi terhadap senyawa
PAH.
3. Mengetahui kondisi massa adsorben, waktu, pH, dan konsentrasi optimal
dalam proses adsorpsi senyawa PAH (phenantren) oleh silika sekam padi.
4. Mengetahui laju dan kapasitas adsorpsi phenantren pada silika sekam
padi.
C. Manfaat Penelitian
1. Membuka peluang untuk mendapatkan nilai tambah dari sekam padi.
5
2. Membuka peluang untuk penanganan senyawa PAH yang lebih murah
dan efektif.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Sekam Padi
Menurut Biro Pusat Statistik (2011), Indonesia memiliki sawah seluas 12,84 juta
hektar yang menghasilkan padi sebanyak 65,75 juta ton. Limbah sekam padi yang
dihasilkan sebanyak 8,2 sampai 10,9 ton. Potensi limbah yang besar ini hanya
sedikit yang baru dioptimalkan. Secara tradisional, sekam padi biasanya hanya
digunakan sebagai bahan bakar konvensional (Danarto dkk, 2010).
Sekam padi merupakan bagian pelindung terluar dari padi (Oryza sativa). Dari
proses penggilingan dihasilkan sekam sebanyak 20-30%, dedak 8-12%. dan beras
giling 52% bobot awal gabah. Pada proses penggilingan padi, sekam akan
terpisah dari butiran beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan.
Karena bersifat abrasif, nilai nutrisi rendah, bulk density rendah, serta kandungan
abu yang tinggi membuat penggunaan sekam padi terbatas. Diperlukan tempat
penyimpanan sekam padi yang luas sehingga biasanya sekam padi dibakar untuk
mengurangi volumenya. Jika hasil pembakaran sekam padi ini tidak digunakan,
akan menimbulkan masalah lingkungan (Hsu dan Luh, 1980). Sekam padi terdiri
dari unsur organik seperti selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Selain itu, sekam
padi juga mengandung unsur anorganik, berupa abu dengan kandungan utamanya
adalah silika 94-96%. Selain itu, juga terdapat komponen lain seperti Kalium,
7
Kalsium, Besi, Fosfat, dan Magnesium (Hsu dan Luh, 1980). Komposisi
anorganik dari abu sekam padi berbeda, tergantung dari kondisi geografis, tipe
padi, dan tipe pupuk yang digunakan (Shukla, 2011).
Ditinjau data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia
penting seperti dapat dilihat di bawah.
Komposisi sekam padi menurut Sharma et al. (1984) :
• Senyawa-senyawa organik : 73,87%
• Al2O3 : 1,23%
• Fe2O3 : 1,28%
• CaO : 1,24%
• MgO : 0,21%
• SiO2 : 22,12%
• MnO2 : 0,074%
Karena kandungan silikanya yang tinggi, sekam padi merupakan salah satu
sumber silika nabati yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku
pembuatan silika.
B. Silika
1. Definisi Silika
Silikon dioksida atau silika adalah salah satu senyawaan kimia yang paling
umum. Silika murni terdapat dalam dua bentuk yaitu kuarsa dan kristobalit.
Silikon selalu terikat secara tetrahedral kepada empat atom oksigen, namun
8
ikatan-ikatannya mempunyai sifat yang cukup ionik. Dalam kristobalit, atom-
atom silikon ditempatkan seperti halnya atom-atom karbon dalam intan dengan
atom-atom oksigen berada di tengah dari setiap pasangan. Dalam kuarsa terdapat
heliks sehingga terbentuk kristal enansiomorf. Kuarsa dan kristobalit dapat
saling dipertukarkan apabila dipanaskan. Proses ini lambat karena dibutuhkan
pemutusan dan pembentukan kembali ikatan- ikatan dan energi pengaktifannya
tinggi. Silika relatif tidak reaktif terhadap Cl2, H2, asam-asam dan sebagian
besar logam pada suhu 250C atau pada suhu yang lebih tinggi, tetapi dapat
diserang oleh F2, HF aqua, hidroksida alkali dan leburan-leburan karbonat
(Cotton, 1989).
Bentuk-bentuk silika merupakan beberapa struktur kristal yang penting bukan
saja karena silika merupakan zat yang melimpah dan berguna, tetapi karena
strukturnya (SiO4) adalah unit yang mendasar dalam kebanyakan mineral.
Kristal silika memiliki dua ciri utama yaitu:
1. Setiap atom silikon berada pada pusat suatu tetrahedron yang terdiri dari
empat atom oksigen.
2. Setiap atom oksigen berada ditengah-tengah antara dua atom silikon
(Keenan, 1992).
2. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Silika
a. Sifat Fisika
Nama IUPAC : Silikon dioksida
Nama lain : Kuarsa, Silika, Silikat oksida, Silikon (IV) oksida
9
Rumus molekul : SiO2
Massa molar : 60,08 g mol-1
Penampilan : Kristal Transparan
Kepadatan : 2,648g cm-3
Titik lebur : 1600-1725 ° C
Titik didih : 2230 ° C
(Masramdhani, 2011).
b. Sifat Kimia
Mineral silika mempunyai berbagai sifat kimia antara lain sebagai berikut :
1. Reaksi Asam
Silika relatif tidak reaktif terhadap asam kecuali terhadap asam hidrofluorida dan
asam phospat.
SiO2(s) + 4HF(aq) SiF4(aq) + 2H2O(l) (Vogel, 1985:376)
Dalam asam berlebih reaksinya adalah:
SiO2 + 6HF H2[SiF6](aq) + 2H2O(l) (Vogel, 1985:376)
2. Reaksi Basa
Silika dapat bereaksi dengan basa, terutama dengan basa kuat, seperti dengan
hidroksida alkali.
SiO2(s) + 2NaOH(aq) Na2SiO3 + H2O (Vogel, 1985:374)
Secara komersial, silika dibuat dengan mencampur larutan natrium silikat
dengan suatu asam mineral. Reaksi ini menghasilkan suatu dispersi pekat yang
akhirnya memisahkan partikel dari silika terhidrat, yang dikenal sebagai silika
10
hidrosol atau asam silikat yang kemudian dikeringkan pada suhu 110°C agar
terbentuk silika gel. Reaksi yang terjadi :
Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) H2SiO3(l) + 2NaCl(aq)
H2SiO3(s) SiO2.H2O(s)
(R. Bakri, dkk 2008).
3. Pemanfaatan Silika
SiO2 (silika) material yang berdaya guna tinggi, aplikasinya sangat luas baik
dalam kegiatan industri maupun kehidupan sehari-hari. Salah satunya sebagai
silika gel yaitu untuk mengurangi kelembaban udara. Silika biasanya
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan dengan berbagai ukuran tergantung
aplikasi yang dibutuhkan seperti dalam industri ban, karet, gelas, semen,
beton,tekstil, kertas, kosmetik, elektronik, pasta gigi, dan lain-lain. Untuk
proses penghalusan atau memperkecil ukuran dari pasir silika umumnya
digunakan metode milling dan ball mill untuk menghancurkan ukuran pasir
silika yang besar-besar menjadi ukuran yang lebih halus (Im, 2011).
Silika juga sering digunakan sebagai adsorben (Amrulloh, 2014), media filter ,
dan komponen katalisator. Silika merupakan bahan baku utama pada glass
industry, keramik, untuk produksi larutan silikat, silikon dan alloy
(Agung, 2013).
C. Silika Gel
Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui
11
penggumpalan sol natrium silikat (NaSiO2). Sol mirip agar – agar ini dapat
didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang
bersifat tidak elastis. Sifat ini menjadikan silika gel dimanfaatkan sebagai zat
penyerap, pengering, dan penopang katalis. Garam–garam kobalt dapat
diadsorpsi oleh gel ini. Silika gel mencegah terbentuknya kelembaban yang
berlebihan sebelum terjadi (Punkels, 2008). Dalam proses adsorpsi silika gel
merupakan salah satu yang paling sering digunakan sebagai adsorben. Hal ini
disebabkan oleh mudahnya silika diproduksi dan sifat permukaan (struktur
geometri pori dan sifat kimia pada permukaan) dan dapat dengan mudah
dimodifikasi (Fahmiati dkk., 2004)
Silika amorf adalah material yang dihasilkan dari reaksi alkali-silika. Reaksi
alkali-silika dimulai dengan pecahnya ikatan Si-O-Si dan hasilnya membentuk
fasa amorf dan nanokristal (Boinski, 2010). Silika amorf terbentuk ketika
silikon teroksidasi secara termal. Silika amorf terdapat dalam beberapa bentuk
yang tersusun dari partikel-partikel kecil yang kemungkinan ikut tergabung.
Biasanya silika amorf mempunyai kerapatan 2,21 g/cm (Harsono, 2006).
Suka dkk. (2008) berhasil mengkarakterisasi sekam padi Provinsi Lampung
dengan metode ekstraksi. Mula-mula sekam padi dipreparasi, sekam padi
direndam dalam air panas selama 2 jam dan dicuci berulang-ulang dengan air
panas untuk menghilangkan pengotor organiknya. Kemudian, sekam padi yang
telah bersih direndam ke dalam KOH 5% selama 60 menit. Filtrat yang
diperoleh diasamkan dengan HCl hingga pH mencapai 7,0. Produk yang
dihasilkan dikarakterisasi dengan FTIR, muncul puncak Si-OH dan Si-O-Si
12
yang menunjukkan adanya gugus fungsi siloksan, yang mengindikasikan bahwa
silika sekam padi merupakan silika reaktif. Sifat reaktif silika ini juga
didukung hasil karakterisasi menggunakan XRD, yang menunjukkan bahwa
silika adalah amorf dengan fase kristobalit. Karakterisasi dengan EDS
menunjukkan unsur-unsur yang terkandung, meliputi O, Na, Mg, Al, Si, K, dan
Ca. Hasil yang didapatkan, sekam padi yang diekstraksi memiliki kadar silika
40,8% dengan kemurnian sekitar 95,53%.
D. Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH)
PAH adalah senyawa organik yang tersebar luas di alam, bentuknya terdiri dari
beberapa rantai siklik aromatik dan bersifat hidrofobik. Senyawa PAH
mengandung dua atau lebih cincin benzen, berasal dari pirolisis, pembakaran
yang tidak sempurna (pembakaran hutan, buangan motor, gunung api). PAH
merupakan kontaminan yang sering dijumpai di laut (NRC, 2003), dijumpai
dalam sedimen pantai dan muara dengan dan konsentrasi yang relatif tinggi
dibandingkan dengan masukan antropogenik. Umumnya kadar PAH yang
tinggi dijumpai dalam sedimen laut yang dekat dengan pantai. Dalam
penelitian Hung et al., (2011) di Laut Cina Timur melaporkan tingginya kadar
PAH pada stasiun- stasiun yang berada dekat pantai. Senyawa PAH yang
mengendap ke dasar perairan sangat beracun bagi organisme perairan. Senyawa
PAH dapat terakumulasi dalam tubuh hewan tingkat rendah hingga mencapai
kadar yang tinggi karena sukar dicerna dalam tubuhnya (Uthe, 1991).
13
Hidrokarbon merupakan salah satu komponen bahan organik yang sangat
potensial menurunkan kualitas perairan khusunya di laut. Secara umum
keberadaan hidrokarbon di suatu perairan dapat berasal dari buangan di daratan,
buangan lepas pantai yang tidak disengaja, deposit atmosfer, aliran sungai,
buangan kapal dan lalu lintas kapal. Kontaminan hidrokarbon dalam perairan
secara perlahan akan mengendap dan terakumulasi dalam sedimen. Namun
tingginya konsentrasi hidrokarbon dalam sedimen tidak sepenuhnya
dipengaruhi oleh kontaminasi minyak, melainkan dipengaruhi oleh sumber
alami (Mille et al., 2006).
E. Sumber PAH
Sumber senyawa PAH dapat berasal dari proses pirolisis, pembakaran yang tidak
sempurna dan proses pembakaran yang menggunakan suhu tinggi pada
pengolahan minyak bumi (Neff, 1979). Keberadaan PAH di alam dapat berasal
dari dua sumber, yakni sumber alami dan sumber antropogenik. Sumber alami
meliputi kebakaran hutan dan padang rumput, rembesan minyak bumi, gunung
berapi, tumbuhan yang berklorofil, jamur dan bakteri, sedangkan sumber
antropogenik meliputi minyak bumi, pembangkit tenaga listrik, insenerasi,
pemanas rumah, batubara, karbon hitam, aspal dan mesin-mesin pembakaran
(Lah, 2011).
Karakteristik senyawa PAH yang mempunyai dua atau tiga cincin benzena yang
berasal dari proses pemanasan dalam suhu rendah dari bahan organik seperti
pembentukan batubara, biasanya teralkilasi. Sebaliknya pembakaran dalam
14
suhu tinggi akan menghasilkan senyawa PAH dengan 4, 5 atau 6 cincin benzena
dan sedikit yang teralkilasi. Menurut Maher dkk, (1979) dan Baek dkk, (1991)
kepekatan tertinggi PAH diperoleh dalam sedimen laut yang dekat dengan
daerah perkotaan. Hal ini karena PAH cenderung berkumpul dalam sedimen
perairan yang dekat dengan daerah perkotaan.
Senyawa PAH mudah mengendap ke dasar perairan, dan sangat beracun bagi
organisme perairan. PAH yang terlarut dalam air pada kadar antara 0,1 hingga
0,5 mg/L sudah dapat menyebabkan keracunan terhadap semua larva biota
perairan. PAH yang berasal dari proses alami umumnya lebih rendah
konsentrasinya dari sumber antropogenik (Culotta dkk., 2006). Menurut Neff
(1979) pembakaran sangat mempengaruhi jenis dan jumlah PAH yang dihasilkan.
Senyawa PAH secara alami berasal dari bahan mineral dan senyawa yang
disentisis oleh mikroorganisme seperti bakteri, fungi, dan alga (Nemr dkk.,
2006). Zakaria dan Mahat (2006) menyatakan bahwa jenis PAH yang berada di
suatu lingkungan berasal dari bahan bakar minyak yang digunakan oleh mesin
sebagai alat transportasi. Beberapa senyawa PAH diantaranya terdapat pada
Tabel 1.
Tabel 1. Beberapa senyawa PAH dan strukturnya.
No Senyawa PAH Struktur
1. Phenantren
15
2. Antrasena
3. Fluorantena
4. Pyrena
5. Metil Phenantren
6. Benz(a)antrasena
7. Metil Pyrena
16
8. crysena
9. Metil Crysena
10. Benzo(b)fluorantena
11. Benzo(e)pyrena
12. Benzo(a)pyrena
17
13. Perylena
14. Indeno(1,2,3-cd)pyrena
15. benzo(ghi)perylena
16. Coronen
F. Sifat PAH
Senyawa PAH yang mengendap ke dasar perairan sangat beracun bagi organisme
perairan. Banyak hasil penelitian menunjukkan bahwa PAH yang berasal dari
18
kegiatan manusia dapat menyebabkan kanker dan efek mutagenik pada
organisme. Senyawa PAH dapat terakumulasi dalam tubuh hewan tingkat rendah
hingga mencapai kadar yang tinggi, karena sukar dicerna dalam tubuhnya
(Achyani, 2011).
Gas PAH yang solid terkait dengan banyak variabel yang berbeda seperti tekanan
uap cair, suhu lingkungan dan ukuran, komposisi kimia dan luas permukaan.
Kestabilan karakter PAH, akan menentukan jalan dimana mereka dipancarkan ke
atmosfer. Dalam kondisi anaerobik, beberapa PAH juga dapat berasal dari
precursor biogenik. PAH dapat tersebar luas melalui lingkungan di udara, di
dalam air serta menumpuk di tanah dan sedimen. Karena karakter
hidrofobiknya, PAH dalam matriks lingkungan cepat terikat dengan partikel
sedimen. Akibatnya, tanah dan sedimen menjadi tempat utama untuk sebagian
besar kontaminan organik hidrofobik seperti PAH.
Diperkirakan bahwa lebih dari 90% total PAH berada di permukaan tanah,
tempat dimana mereka menumpuk. PAH dipertahankan dalam matriks tanah
dalam waktu yang lama setelah adsorbsi bahan organik pada tanah. Namun,
tanah dan sedimen yang terkontaminasi dengan PAH sering mengandung polutan
lain dengan jumlah tinggi seperti logam berat, yang sering berasal dari sumber
yang sama dengan PAH (Orecchio, 2009).
G. Adsorpsi
Adsorpsi adalah kemampuan menempel suatu zat pada permukaan, sedangkan
kemampuan suatu zat untuk melepaskan diri dari permukaan disebut dengan
19
desorpsi. Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi
kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga
tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik. Adsorpsi menyangkut akumulasi
atau pemutusan substansi adsorbat pada adsorben dan pada hal ini dapat terjadi
pada antar muka dua fasa. Fasa yang menyerap disebut adsorben dan fasa yang
terserap disebut adsorbat (Oscik, 1982).
Jika interaksi antara adsorbat dan permukaan merupakan interaksi Van der
Walls maka yang terjadi adalah adsorpsi secara fisik. Interaksi Van der Walls
mempunyai jarak jauh, tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel
terfisisorpsi mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi.
Entalpi fisisorpsi dapat diukur dengan mencatat kenaikan temperatur sampel
dengan kapasitas kalor yang diketahui, dan nilai khasnya berada sekitar kurang
dari 20 kJ mol-1 jadi tidak cukup untuk menghasilkan pemutusan ikatan, sehingga
molekul yang terfisisorpsi tetap mempertahankan identitasnya (Atkins, 1999).
Jika molekul teradsorpsi bereaksi secara kimia dengan permukaan,
fenomenanya disebut dengan kimisorpsi. Dalam kimisorpsi, partikel melekat
pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen).
Entalpi kimisorpsi jauh lebih besar dari pada untuk fisisorpsi, dan nilai khasnya
adalah lebih dari 20 kJ mol-1 (Atkins, 1999). Adsorpsi ini terjadi ketika
terbentuknya ikatan kimia antara substansi terlarut dalam larutan dengan molekul
dalam media. Adsorpsi kimia terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-
partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Waals
atau melalui ikatan hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi
20
setelah adsorpsi fisika. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan
dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung
mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat
(Atkins, 1999).
1. Kinetika adsorpsi
Kinetika kimia adalah tentang kecepatan (laju) reaksi dan bagaimana proses
reaksi berlangsung. Kinetika adsorpsi tergantung pada luas permukaan partikel.
Urutan reaksi mendefinisikan ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi spesies
yang bereaksi. Laju reaksi bergantung pada konsentrasi reaktan, tekanan,
temperatur dan pengaruh katalis (Oxtoby, 1990). Kinetika reaksi adsorpsi juga
tergantung pada gugus fungsional dan konsentrasi. Tingginya tingkat substitusi
gugus fungsional pada polimer inert dapat meningkatkan laju reaksi keseluruhan
(Allen et.al., 2004). Kinetika reaksi didasarkan pada analisis kinetika terutama
pseudo orde pertama atau mekanisme pseudo pertama bertingkat. Untuk meneliti
mekanisme adsorpsi, konstanta kecepatan reaksi adsorpsi kimia untuk ion-ion
logam digunakan persamaan sistem pseudo orde pertama oleh Lagergren dan
sistem pseudo orde kedua (Buhani et.al., 2010).
Menurut Soeprijanto et.al., (2006), untuk konstanta laju kinetika pseudo orde satu:
)(1 tet qqk
dt
dq (1)
Dengan qe adalah jumlah ion logam divalen yang teradsorpsi (mg/g) pada waktu
keseimbangan, qt adalah jumlah ion logam divalen yang teradsorpsi pada waktu t
21
(menit), k1 adalah konstanta kecepatan adsorpsi (jam-1). Persamaan dapat
diintegrasi dengan memakai kondisi-kondisi batas qt = 0 pada t = 0 dan qt = qt
pada t = t, persamaannya menjadi:
tkqqq ete 1ln)ln( (2)
Dengan menggunakan regreasi linear dan mengalurkan ln(qe – qt ) terhadap t
diperoleh konstanta k1. Untuk konstanta kecepatan reaksi orde kedua proses
kemisorpsi:
22 )( te
t qqkdt
dq (3)
Setelah integrasi dan penggunaan kondisi-kondisi batas qt=0 pada t =0 dan qt=qt
pada t=t, persamaan linier dapat diperoleh sebagai berikut :
eet q
t
qkq
t
22
1(4)
Dengan k2 konstanta keseimbangan order kedua kemisorpsi (g/mg.jam). Model
kinetika order kedua dapat disusun untuk mendapatkan bentuk linear :
eet q
t
qkq
t
22
1(5)
2. Kapasitas Adsorpsi
Model kesetimbangan adsorpsi yang sering digunakan untuk menentukan
kesetimbangan adsorpsi adalah isotermal Langmuir dan Freundlich.
a. Isoterm Adsorpsi Langmuir
Teori Langmuir menjelaskan bahwa terdapat sejumlah tertentu situs aktif yang
22
sebanding dengan luas permukaan pada permukaan adsorben. Setiap situs aktif
hanya satu molekul yang dapat diadsorpsi (Oscik, 1982).
Menurut Husin and Rosnelly (2005), bagian yang terpenting dalam proses
adsorpsi yaitu situs yang dimiliki oleh adsorben yang terletak pada permukaan,
akan tetapi jumlah situs-situs ini akan berkurang jika permukaan yang tertutup
semakin bertambah.
Model adsorpsi isoterm Langmuir dapat ditulis dalam persamaan:
= + (6)
Dimana C adalah konsentrasi kesetimbangan (mg L-1), m adalah jumlah logam
yang teradsorpsi per gram adsorben pada konsentrasi C (mmol g-1), b adalah
jumlah ion logam yang teradsorpsi saat keadaan jenuh (kapasitas adsorpsi)
(mg g-1) dan K adalah konstanta kesetimbangan adsorpsi (L mol-1).
Dengan kurva linier hubungan antara C/m versus C, maka dapat ditentukan nilai b
dari kemiringan (slop) dan K dari intersep kurva. Energi adsorpsi (Eads) yang
didefinisikan sebagai energi yang dihasilkan apabila satu mol ion logam
teradsorpsi dalam adsorben dan nilainya ekuivalen dengan nilai negatif dari
perubahan energi bebas Gibbs standar, ∆G0, dapat dihitung menggunakan
persamaan:
(7) (7)
Dimana R adalah tetapan gas umum (8,314 J/mol K), T temperatur (K) dan K
adalah tetapan kesetimbangan adsorpsi yang diperoleh dari persamaan Langmuir
= −∆ =
23
dan energi total adsorpsi adalah sama dengan energi bebas Gibbs. ∆G sistem
negatif artinya adsorpsi beralangsung spontan (Oscik, 1982).
b. Isoterm Adsorpsi Freundlich
Model isoterm Freundlich menjelaskan bahwa proses adsorpsi pada bagian
permukaan adalah heterogen dimana tidak semua permukaan adsorben
mempunyai daya adsorpsi. Model isoterm Freundlich menunjukkan lapisan
adsorbat yang terbentuk pada permukaan adsorben adalah multilayer. Hal
tersebut berkaitan dengan ciri-ciri dari adsorpsi secara fisika dimana adsorpsi
dapat terjadi pada banyak lapisan (multilayer) (Husin dan Rosnelly, 2005).
Bentuk persamaan Freundlich adalah sebagai berikut:
= (8)
Dimana:
Qe = Banyaknya zat yang terserap per satuan berat adsorben (mol/g)
Ce = Konsentrasi adsorbat pada saat kesetimbangan (mol/L)
n = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g)
Kf = Konstanta freundlich (L/mol)
Persamaan di atas dapat diubah kedalam bentuk linier dengan mengambil bentuk
logaritmanya:
= + (9)
Sehingga dapat dibuat Gafik seperti pada Gambar 1:
24
Gambar 1. Model Isoterm Adsorpsi Freundlich
Bentuk linear dapat digunakan untuk menentukan kelinearan data percobaan
dengan cara mengeplotkan C/Q terhadap Ce. Konstanta Freundlich Kf dapat
diperoleh dari kemiringan garis lurusnya dan 1/n merupakan harga slop. Bila n
diketahui Kf dapat dicari, semakin besar harga Kf maka daya adsorpsi akan
semakin baik dan dari harga Kf yang diperoleh, maka energi adsorpsi akan dapat
dihitung (Rousseau, 1987).
Selain itu, untuk menentukan jumlah zat teradsorpsi dapat digunakan persamaan
berikut:
q = (Co-Ca)V/W (10)
Dimana Q menyatakan jumlah logam teradsorpsi (mg/g), Co dan Ca menyatakan
konsentrasi awal dan kesetimbangan dari ion logam (mg/L), W adalah massa
adsorben (g), V adalah volume larutan ion logam (L) (Buhani et,al, 2009).
Menurut Benefield (1982) dalam Asep Saepudin (2009), faktor-faktor
yang mempengaruhi proses adsorpsi, antara lain:
25
1. Luas permukaan adsorben
Semakin luas permukaan adsorben maka semakin banyak adsorbat yang
teradsorpsi sebab semakin banyak pula situs-situs aktif yang tersedia pada
adsorben untuk kontak dengan adsorbat. Luas permukaan sebanding dengan
jumlah situs aktif adsorben.
2. Ukuran molekul adsorbat
Molekul yang besar akan lebih mudah teradsorpsi daripada molekul yang
kecil. Tetapi, pada difusi pori molekul-molekul yang besar akan mengalami
kesulitan untuk teradsorpsi akibat konfigurasi molekul yang tidak mendukung.
Sehingga adanya batas ukuran molekul adsorpsi tertentu pada setiap adsorpsi.
3. Konsentrasi adsorbat
Konsentrasi adsorbat yang tinggi akan menghasilkan daya dorong (driving
force) yang tinggi bagi molekul adsorbat untuk masuk ke dalam situs aktif
adsorben.
4. Suhu
Karena adsorpsi merupakan proses kinetika maka pengaturan suhu akan
mempengaruhi kecepatan proses adsorpsi.
5. pH
pH mempengaruhi terjadinya ionisasi ion hidrogen dan ion ini sangat kuat
teradsorpsi. Asam organik lebih mudah teradsorpsi pada pH rendah sedangkan
26
basa organik terjadi pada pH tinggi.
6. Waktu pengadukan
Waktu pengadukan yang relatif lama akan memberikan waktu kontak yang
lebih lama terhadap adsorben untuk berinteraksi dengan adsorbat.
Isoterm adsorpsi merupakan fungsi konsentrasi adsorbat yang terjerap
pada adsorben terhadap konsentrasi adsorbat. Tipe isoterm adsorpsi dapat
digunakan untuk mempelajari mekanisme adsorpsi. Adsorpsi fase cair-padat pada
umumnya mengikuti tipe isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1999).
H. Karakterisasi
Karakterisasi merupakan uji analisis yang dilakukan terhadap suatu bahan sampel
baik dengan tujuan untuk mengetahui senyawa pembentuk bahan maupun untuk
megetahui sifat fisis bahan yang dihasilkan. Pada pembuatan nanosilika sekam
padi, pengamatan strukturnya dianalisis menggunakan metode (XRD) X-Ray
Diffraction, mikrostrukturnya dianalisis menggunakan (SEM/EDS) Scanning
Electron Microscopy dan Particle Size Analyzer (PSA), gugus fungsinya
dianalisis menggunakan (FTIR) Fourier Transform Infra-Red dan Uji Adsorpsi
senyawa PAH menggunakan Spektro UV-VIS.
1. Scanning Electron Microscopy SEM/EDS)
SEM (Scanning Electron Microscopy) yang dilengkapi dengan sistem EDS
(Energy Dispersive Spectrometry) merupakan bagian dari seperangkat alat
instrumen yang digunakan untuk mempelajari mikrostruktur permukaan secara
27
langsung dari bahan atau sampel padat seperti keramik, logam dan komposit,
yang diamati secara tiga dimensi. SEM memiliki resolusi (daya pisah) sekitar
0,5 nm dan ketajaman gambar yang hingga 50.000 kali, selain itu cara analisis
SEM tidak merusak bahan. Kemampuan daya pisah ini disebabkan karena SEM
menggunakan elektron sebagai sumber radiasinya. Daya pisah setiap instrumen
optik dibatasi oleh difraksi sehingga besarnya berbanding lurus dengan panjang
gelombang yang dipakai untuk menyinari benda yang diselidiki (Beiser, 1987).
Pada prinsipnya SEM secara umum terdiri dari beberapa komponen yaitu kolom
elektron, ruang sampel, sistem pompa vakum, kontrol elektronik dan sistem
pencitraan bayangan. Diagram skematik dari SEM dapat ditunjukan pada
Gambar 2.
Gambar 2. Skematik Alat SEM.
28
Berdasarkan Gambar 3 di atas, dapat diterangkan bahwa SEM adalah alat
instrumen terdiri dari sumber elektron yang ditembakkan (electron Gun), tiga
lensa elektrostatik dan kumparan scan elektromagnetik yang terletak diantara
lensa kedua dan ketiga serta tabung foto multiplier untuk mendeteksi cahaya
pada layar scanner ke TV. SEM menggunakan elektron sebagai pengganti
cahaya untuk menghasilkan bayangan. Berkas elektron dihasilkan dengan
meanaskan filamen melalui tegangan tinggi, kemudian dikumpulkan melalui
lensa kondensor elektromagnetik dan difokuskan oleh lensa objektif. Ketika arus
dialirkan pada filamen maka terjadi perbedaan potensial antara kutub katoda dan
anoda yang akhirnya akan menghasilkan elektron. Elektron yang dihasilkan
selanjutnya akan melewati celah pelindung pada anoda dan lensa magnetik dan
lensa objektif. Berkas elektron tersebut dipercepat oleh medan listrik dan
menumbuk sampel atau specimen pada stage melalui scanning coil menghasilkan
elektron sekunder (secondary elektron), elektron hambur balik (backscattered
elektron) yang dipantulkan dari sampel kemudian dideteksi dan dikuatkan oleh
tabung multiplier yang kemudian ditransmisikan ke scanner ke TV, sehingga
bentuk dan ukuran sampel terlihat dalam bentuk sinaran (imaging beam). Faktor
yang menetukan penampilan dan resolusi adalah arus dan berkas pemercepat
(Sampson, 1996).
Dalam SEM, kumparan scan (scanning coil) yang berarus listrik dipakai untuk
menimbulkan medan magnetik yang berlaku sebagai lensa untuk memfokuskan
berkas elektron pada benda yang diselidiki dan alat ini menghasilkan bayangan
yang diperbesar pada layar pendar (fluensen) atau alat fotografik. Untuk
29
menghindari penghamburan bayangan yang dihasilkan dipakai lapisan yang tipis
dan seluruh sistem divakumkan (Beiser, 1987).
2. Particle Size Analyzer (PSA)
Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengetahui ukuran partikel yaitu :
metode ayakan (Sieve analyses), Laser Diffraction (LAS), metode sedimentasi,
Electronical Zone Sensing (EZS), analisa gambar (mikrografi), metode
kromatografi, dan ukuran aerosol submikron dan perhitungan. Dengan seiring
berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke era nanoteknologi,
para peneliti mulai menggunakan Laser Ablation Spectroscopy (LAS). Metode
ini dinilai lebih akurat bila dibandingkan dengan metode analisa gambar maupun
metode ayakan, terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer (Lusi,
2011).
Skema kerja dan instrumen PSA dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Skema kerja PSA
30
Gambar 4. Instrumen PSA
3. Fourier Transform Infra-Red (FTIR)
Fourier Transform Infra-Red (FTIR) Spectroscopy merupakan alat yang
dipergunakan untuk menganalisis secara kuantitatif maupun kualitatif untuk
kuantitatif adalah berdasarkan gugus fungsi yang ada dengan menggunakan
standar. Pada umumnya sampel yang dianalisis dapat berupa padatan, caran dan
gas, masing-masing mempergunakan sel yang berbeda-beda (Stevens, 2001).
Beberapa spektrum sampel yang dapat dianalisis menggunakan FTIR adalah
organik, aromatik, alifatik dan karbonil. Spektrofotometri Fourier Transform
Infra Red (FTIR) merupakan perkembangan baru dari spektro-fotometri infra
merah. Pada prinsipnya FTIR/IR digunakan untuk menentukan gugus-gugus
fungisional yang ada pada suatu senyawa, sehingga dapat digunakan untuk
menentukan suatu senyawa yang belum diketahui identitasnya
FTIR merupakan teknik pengukuran untuk mengumpulkan spektra infra merah,
yang merupakan pengganti dari pencatatan jumlah energi yang diserap
menyebabkan kenaikan dalam amplitude getaran atom-atom yang terikat sehingga
molekul berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi. Spektrum infrared telah
banyak digunakan pada penelitian dan industri sebagai teknik yang mudah untuk
31
pengukuran, uji kualitas dan pengukuran dinamik sebuah sampel. Memiliki
instrumen yang kecil dan dapat didistribusikan. Dengan kecanggihan teknologi
komputer untuk pengolahan data yang dihasilkan, sampel dalam bentuk larutan
sekarang dapat diukur dengan akurat. Alat ini akan secara otomatis menjelaskan
subtansi pada hasil data yang diperoleh (Fesenden, 1999).
Kawasan spektrum inframerah yang terpenting ialah yang terletak diantara 4000
dan 660 cm-1. Jalur serapan dalam spektrum terjadi akibat perubahan tenaga
yang timbul akibat getaran molekul jenis peregangan dan pembengkokan (cacat
bentuk) ikatana. Kedudukan atom dalam molekul boleh dianggap sebagai
kedudukan keseimbangan minimal, dan ikatan antara atom boleh diandaikan
sebagai beranalog dengan spring apabila dikenakan peregangan dan
pembengkokan.
Beberapa penelitian yang menggunakan FTIR (Fourier Transform Infra Red)
telah dilakukan, diantaranya mengamati gugus fungisional pada silika yang
diperoleh dari sekam padi. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa puncak
utama yang berkaitan dengan gugus fungsi pada silika adalah pada bilangan
gelombang 3444,6 cm-1 yang merupakan gugus –OH (gugus hidroksil) yang
menunjukkan adanya gugus hidroksil dari molekul air yang terhidrasi
(Daifullah, 2004). Selain itu puncak bilangan gelombang 1095,5 cm-1
menunjukkan adanya gugus fungsi Si-O-Si (Adam, 2006). Adanya gugus fungsi
Si-O-Si diperkuat dengan adanya puncak bilangan gelombang 470,6 cm-1yaitu
ikatan Si-O (Lin, 2001).
32
Skema alat Spektroskopi FTIR dan instrument Spektroskopi FTIR dapat dilihat
pada Gambar 5 dan Gambar 6 di bawah ini :
Gambar 5. Skema alat FTIR
Gambar 6. Instrumen FTIR
33
4. Spektro UV-VIS
Spektrofotometri sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari
spektrometer dan fotometer. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spectrum
dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas
cahaya yang ditransmisikan atau diabsorbsi. Jadi spektrofotometer digunakan
untuk mengukur energy relatif jika energy tersebut ditransmisikan, direfleksikan
atau diemisikan sebagai fungsi panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer
dengan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih di deteksi
dan cara ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating atau celah
optis. Pada fotometer filter dari berbagai warna yang mempunyai spesifikasi
melewatkan trayek pada panjang gelombang tertentu (Gandjar, 2007).
Spektrofotometer UV-Vis untuk penentuan konsentrasi didasarkan pada hukum
Lambert-Beer. Lambert menyelidiki mengenai hubungan antara adsorpsi radiasi
dengan panjang gelombang melalui medium yang dapat menyerap cahaya. Bila
suatu sinar radiasi monokromatik melewati suatu medium dengan ketebalan
tertentu, diketahui bahwa tiap lapisan menyerap radiasi yang dipancarkan dengan
jumlah bagian yang sama. Dari hukum Lambert dan Beer dapat dilihat adanya
hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi, atau dikenal dengan hukum
Lambert-Beer, dimana secara matematis persamaannya dapat ditulis sebagai
berikut:
A = Ɛ . b . c (11)
Keterangan:A = Absorbansi larutanƐ = koefisien ekstingsi molar (serapan molar) (cm-1 M-1)
34
b = tebal medium (larutan) (cm)c = konsentrasi larutan (M)
Spektrum elektromagnetik dibagi dalam beberapa daerah cahaya. Suatu daerah
akan diabsorbsi oleh atom atau molekul dan panjang gelombang cahaya yang
diabsorbsi dapat menunjukan struktur senyawa yang diteliti. Spektrum
elektromagnetik meliputi suatu daerah panjang gelombang yang luas dari sinar
gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada panjang gelombang
mikro (Marzuki, 2012).
Spektrum absorbsi dalam daerah daerah ultra ungu dan sinar tampak
umumnya terdiri dari satu atau beberapa pita absorbsi yang lebar, semua molekul
dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak. Oleh karena itu mereka
mengandung electron, baik yang dipakai bersama atau tidak, yang dapat dieksitasi
ke tingkat yang lebih tinggi. Panjang gelombang pada waktu absorbsi terjadi
tergantung pada bagaimana erat elektron terikat di dalam molekul. Elektron
dalam satu ikatan kovalen tunggal erat ikatannya dan radiasi dengan energy
tinggi, atau panjang gelombang pendek, diperlukan eksitasinya (Wunas, 2011).
Keuntungan utama metode spektrofotometri adalah bahwa metode ini
memberikan cara sederhana untuk menetapkan kuantitas zat yang sangat kecil.
Selain itu, hasil yang diperoleh cukup akurat, dimana angka yang terbaca
langsung dicatat oleh detector dan tercetak dalam bentuk angka digital ataupun
grafik yang sudah diregresikan (Yahya, 2013).
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April 2017 sampai Agustus 2017 di
Laboratorium Terpadu dan Sentra Inovasi Teknologi (LTSIT) Universitas
Lampung. Karakterisasi adsorben menggunakan Scanning Electron Microscopy
(SEM-EDS), Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan Particle Size Analyzer
(PSA) merk Beckman Coulter LS 13 320. Uji adsorpsi senyawa PAH
(phenantren) menggunakan Spektro UV-VIS dilakukan di Laboratorium Terpadu
dan Sentra InovasiTeknologi (LTSIT) Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu lemari asam, neraca analitik,
oven, hot plate, gelas kimia1000 ml, gelas kimia 500 ml, labu ukur 1000 ml, gelas
ukur 100 ml, erlenmeyer 400 ml, batang pengaduk, corong gelas, pipet tetes,
pengayak, cawan porselen, mortar dan alu, kertas saring biasa, planetary ball mill,
shaker, Scanning Electron Microscope (SEM-EDS), Fourier Transform Infra Red
(FTIR), Particle Size Analyzer (PSA) dan Spektro UV-VIS.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu sekam padi, air panas,
akuades, NaOH 1,5 %, HNO3 1M, asap cair, phenantren, dan metanol.
36
C. Prosedur Penelitian
1. Preparasi Sekam Padi
Langkah awal dalam penelitian ini adalah preparasi sampel sekam padi.
Sebanyak 1 kg sekam padi yang telah diambil dari tempat penggilingan padi
diayak terlebih dahulu. Kemudian, direndam dengan air panas selama 2 jam
untuk mengekstrak bahan organik larut air yang merupakan bahan pengotor dalam
proses ekstraksi silika. Sekam padi lalu disaring dan dicuci lagi secara berulang
dengan cara disiram dengan air panas untuk menghilangkan pengotor bahan
organik larut air yang masih diperkirakan menempel pada permukaan sekam padi.
Setelah itu, sekam padi yang telah bebas dari pengotor dikeringkan dan
selanjutnya sekam padi siap digunakan untuk ekstraksi silika.
2. Ekstraksi Silika dengan Metode Sol-Gel
Metode ekstraksi silika dalam penelitian ini mengikuti metode ekstraksi yang
telah digunakan sebelumnya oleh Simanjuntak et al., 2016. Sebanyak 50 gram
sekam padi yang telah bebas dari pengotor direndam dalam 500 ml larutan NaOH
dengan konsentrasi 1,5 % kemudian dipanaskan hingga mendidih selama 30
menit. Setelah itu didiamkan pada suhu kamar selama 12 jam. Selanjutnya,
sampel disaring dan filtrat yang mengandung silika terlarut ditampung. Untuk
mengegelkan silika, filtrat kemudian ditambahkan asap cair secara perlahan
hingga pH 7. Gel silika kemudian didiamkan selama 24 jam pada suhu kamar.
Selanjutnya, gel silika disaring dan dicuci dengan akuades panas hingga air cucian
berwarna bening. Silika yang diperoleh kemudian dikeringkan dalam oven pada
37
suhu 110 0C selama 8 jam, selanjutnya dihaluskan. Silika di saring dengan
saringan 200 mesh.
3. Karakterisasi Adsorben
a. Karakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM/EDS)
Pada penelitian ini karakterisasi dengan SEM dilakukan untuk mengetahui
morfologi permukaan adsorben dan ukuran partikel. Adapun langkah-langkah
dalam uji SEM ini adalah sebagai berikut :
1. Sampel yang akan dianalisis disiapkan dan direkatkan pada specimen
holder (Dolite, double sticy tape).
2. Sampel yang telah dipasang pada holder kemudian dibersihkan dengan
hand blower.
3. Sampel dimasukkan ke dalam mesin coating untuk diberi lapisan tipis yang
berupa Au.
4. Sampel dimasukkan ke dalam specimen chamber.
5. Pengamatan dan pengambilan gambar pada layer SEM dengan mengatur
pembesaran yang diinginkan.
6. Penentuan spot untuk analisis pada layer SEM.
7. Pemotretan gambar SEM.
b. Karakterisasi dengan Particel Size Analizer (PSA)
Analisis menggunakan PSA merk Beckman Coulter LS 13 320 dilakukan untuk
mengetahui distribusi ukuran partikel silika. Langkah-langkah kerja alat adalah
sebagai berikut :
38
1. Pilih icon “measurement” dari Data Acquisition pada panel fungsi.
2. Klik “Start”.
3. Untuk menampilkan grafik, klik nama grafik yang diinginkan.
4. Setelah pengukuran selesai, data grafik ditransfer ke file dengan klik SOP.
c. Karakterisasi dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Karakterisasi dengan FTIR dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsional
senyawa menggunakan sinar radiasi infra merah. Langkah-langkah yang
dilakukan untuk menggunakan FTIR adalah sebagai berikut :
1. Sedikit sampel padat (kira-kira 1-2 mg), ditambahkan bubuk KBr murni
(kira-kira 200 mg) dan diaduk hingga rata. Campuran ini kemudian
ditempatkan dalam cetakan dan ditekan dengan menggunakan alat tekanan
mekanik. Tekanan ini dipertahankan beberapa menit, kemudian sampel
(pelet KBr yang terbentuk) diambil dan kemudian ditempatkan dalam
tempat sampel pada alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.
2. Alat FTIR di “ON” kan, serta alat komputer juga di “ON” kan.
3. Komputer diklik ganda shortcut, ditunggu beberapa saat sampai keluar
“dialog box”, diklik ok. Menu pada layar diklik “FTIR 2000” pada menu
instrumen, diklik “BK6 Start” untuk memulai pengukuran.
4. Spektra pada layar ditunggu sampai menghilang, ditempatkan sampel siap
ukur pada tempat sampel dalam inferometer, diisi dialog box dengan
identitas sampel, dklik “sampel start”, ditunggu spektra yang diperoleh.
Spektra yang diperoleh muncul di layar, diklik peak tabel pada menu
39
“calc” untuk memunculkan harga bilangan gelombang, treshold dan norse
level ditentukan untuk mengatur pemunculan harga bilangan gelombang.
4. Uji Aktivitas Adsorpsi Silika Terhadap Phenantren
a. Pembuatan Larutan Induk Phenantren 25 mg L-1
Sebanyak 12,5 mg serbuk phenantren dimasukkan ke dalam labu takar 500 mL,
kemudian ditambahkan pelarut metanol-akuabides (1:1) hingga tanda tera.
Campuran dihomogenkan.
b. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Phenantren
Sebanyak 1 ml larutan phenantren 10 ppm dimasukkan dalam labu takar 10 ml.
Selanjutnya, ditambahkan aquades hingga tanda tera dan dihomogenkan. Larutan
phenantren 10 ppm kemudian diukur nilai absorbannsinya dengan UV-Vis pada
daerah panjang gelombang 200-500 nm.
c. Penentuan Massa Optimum Adsorben
Larutan phenantren dengan konsentrasi 10 ppm dimasukkan ke dalam 5 labu
elenmeyer masing-masing 20 mL, kemudian ditambahkan adsorben dengan
variasi 1, 2, 3, 4, dan 5 mg. Selanjutnya, larutan tersebut di shaker menggunakan
teknik batch dengan waktu 60 menit dengan kecepatan 150 rpm. Setelah selesai,
adsorben dan larutan dipisahkan dengan cara sentrifugasi. Filtrat yang diperoleh
digunakan untuk menentukan adsorben optimum dan diukur absorbansinya
dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang Gelombang 250 nm.
40
d. Penentuan Waktu Kontak Optimum
Larutan phenantren dengan konsentrasi 10 ppm dimasukkan ke dalam 5 labu
erlenmeyer masing-masing 20 mL, kemudian ditambahkan dengan adsorben
optimum. Selanjutnya, larutan tersebut di shaker menggunakan teknik batch
dengan variasi waktu 30, 60, 90, 120 dan 150 menit dengan kecepatan 150 rpm.
Setelah selesai, adsorben dan larutan dipisahkan menggunakan sentrifugasi.
Filtrat yang diperoleh digunakan untuk menentukan waktu optimum dan di ukur
absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 250
nm.
e. Penentuan pH Optimum
Larutan phenantren dengan konsentrasi 10 ppm dimasukkan ke dalam 6 labu
erlenmeyer masing-masing 20 mL, lalu ditambahkan dengan adsorben optimum.
Kemudian masing-masing labu erlenmeyer dibuat pH yang berbeda dengan
menggunakan larutan Buffer, pH yang digunakan yaitu 3, 4, 5, 6, 7, dan 9.
Selanjutnya larutan tersebut di shaker menggunakan teknik batch dengan waktu
kontak optimum. Setelah selesai, adsorben dan larutan dipisahkan menggunakan
sentrifugasi. Filtrat yang diperoleh digunakan untuk menentukan pH optimum
dan diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang
gelombang 250 nm.
f. Penentuan Konsentrasi Awal Phenantren
Sebanyak 20 mL larutan phenantren dengan variasi konsentasi 1, 5, 10, dan 15
ppm pada pH optimum masing - masing dimasukkan ke dalam labu elenmeyer.
41
Selanjutnya, masing-masing erlenmeyer yang sudah berisi larutan ditambahkan
adsorben optimum. Selanjutnya larutan tersebut di shaker menggunakan teknik
batch pada waktu optimum dengan kecepatan 150 rpm. Setelah selesai, adsorben
dan larutan dipisahkan menggunakan sentrifugasi. Filtrat yang diperoleh
digunakan untuk menentukan konsentrasi awal phenantren dan di ukur
absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 250
nm.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diperoleh kesimpulan
bahwa:
1. Karakterisasi silika sekam padi dengan SEM-EDS mengindikasikan adanya
ukuran butir yang cukup beragam dengan distribusi yang tidak merata pada
permukaan. Karakterisasi dengan PSA mengindikasikan bahwa silika terdiri
dari dua kelompok partikel yaitu 0,006-3,44 µm dan 5,01-13,4 µm, sedangkan
karakterisasi dengan FTIR menunjukkan adanya beberapa gugus fungsi dalam
sampel baik yang dimiliki oleh silika atau gugus fungsi dari pengotor.
2. Silika sekam padi mampu mengadsorpsi senyawa PAH (Phenantren).
3. Uji Adsorpsi phenantren dengan silika sekam padi menunjukkan bahwa
kondisi optimum adalah berat adsorben 3 mg, waktu adsorpsi 120 menit, pH
larutan 3, dan konsentrasi awal 15 ppm.
4. Kinetika adsorpsi phenantren oleh silika mengikuti model kinetika pseudo orde
dua dengan nilai konstanta laju 6,32 x 10-5 g mmol-1 menit-1.dan isoterm
adsorpsi phenantren oleh silika mengikuti model isoterm Freundlich yang
merupakan ciri-ciri dari adsorpsi secara fisika.
61
B. Saran
Beberapa hal yang disarankan pada penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:
1. Melakukan analisis silika dengan menggunakan instrumen lain seperti XRD
agar melengkapi hasil penelitian sebelumnya.
2. Perlu dilakukan modifikasi silika dengan menggunakan senyawa lain untuk
mendapatkan hasil adsorpsi yang lebih besar.
3. Perlu dilakukan pengujian lebih lanjut terhadap adsorpsi senyawa PAH jenis
lain oleh silika sehingga dapat diaplikasikan di lingkungan.
62
DAFTAR PUSTAKA
Achyani, R. 2011. Karaktersitik Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) di AirLaut dan Sedimen serta Akumulasinya pada Tubuh Ikan Nomei(Horpodon nehereus) di Perairan Tarakan. Tesis. PPS IPB. Bogor. Hlm.110.
Adam, F., S. Balakrishnan, and P. Wong. 2006. Rice Husk Ash Silica as aSupport Material for Ruthenium Based Heterogenous Catalyst. JournalOf Physical Science. 17(2), pp. 1 – 13.
Adinata, M. R. 2013. Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang sebagai karbon aktif.Skripsi. Jurusan Teknik Kimia. Universitas Pembangunan Nasional.
Agung, G.F., R. F. Muhammad, dan M. Primata. 2013. Ekstraksi Silika dariAbu Sekam Padi dengan Pelarut KoH. Jurnal Konversi. 2(1): 28 – 30.
Allen, S.J., G. Mckay. and J.F. Porter. 2004. Adsorption Isotherm Models ForBasic Dye Adsorption by Peat in Single and Binary Component Systems.Journal of Colloid and Interface Science. 280: 322 – 333.
Amrulloh, H. 2014. Sintesis Zeolit Berbasis Silika Sekam Padi dengan MetodeElektrokimia Sebagai Adsorben Rhodamin B. Skripsi. Departemen KimiaFMIPA Universitas Lampung. Bandar Lampung. Hlm. 13 – 52.
Apriliani, A. 2010. Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben IonLogam Cd, Cr, Cu dan Pb dalam Air Limbah. Program Studi Kimia.Universitas Negeri Syarif Hidayatullah. Jakarta.
Arias, A., H. Carla, V. S. Rube´n, H. F. Jorge. 2009. Polycyclic AromaticHydrocarbons in Water, mussels (Brachidontes sp.,Tagelus sp.) and fish(Odontesthes sp.) from Bahia Blanca Estuari, Argentina. Journal ofEstuarine, Coastal and Shelf Science. 85: 67 – 81.
Atkins. 1999. Kimia Fisik III. Erlangga. Jakarta.
Baek, S.O., R. A. Field, and M. E. Goldstone. 1991. A review of atmosphericpolycyclic aromatic hydrocarbons: sources, fate, and behavior. WaterAir Soil Poll. 60: 279 – 300.
63
Barlianti, V. 2009. Fungsionalisasi Komposit Oksida Besi Pada Silika untukProses. Penyisihan PAH dalam Air dan Uji Kinerjanya. Tesis. FakultasTeknik UI. Jakarta.
Beiser, A. 1992. Konsep Fisika Modern Edisi Keempat. Erlangga. Bandung.
Benefield, L.D., J. F. Judkins, and B. L. Weand, B.L. 1982. Process Chemistryfor Water and Wastewater Treatment. Pretice-Hall Inc., EngelwoodsCliffs. New York.
Biro Pusat Statistik. 2011. Lampung Dalam Angka.
Blais, J.F., B. Dufresne, and G. Mercier. 2000. State of The Art of Technologiesfor Metal Removal From Industrial Effluents. Rev. Sci. Eau. 12(4): 687 –711.
Boinski, F. 2010. Study of the mechanisms involved in reactive silica. MaterialsChemistry and Physiscs. 122: 311 – 315.
Buhani, Narsito, Nuryono, and E.S. Kunarti. 2009. Amino and Mercapto-Silica Hybrid For Cd(II) Adsorption in Aqueous Solution. Indo JournalChem. 9(2): 170 – 176.
Buhani, Suharso dan Sumadi. 2010. Adsorption Kinetics and Isotherm of Cd(II)Ion on Nannochloropsis sp Biomass Imprinted Ionic Polymer.Desalination 259: 140 – 146.
Carmona, V. B., R. M. Oliveira, W. T. L. Silva, L. H. C. Mattoso, dan J. M.Marconcini. 2012. Nanosilica from Rice Husk: Extraction andCharacterization. Departamento de Engenharia dos Materiais.Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP. Brazil
Cavalieri E dan E. Rogan. 1998. Mechanisme of tumor initiation by polycyclicaromatic hydrocarbon in mammals. In Neilson AH (ed.). The handbook ofenvironmental chemistry. Vol. 3. Part Journal PAHs and relatedcompounds[M]. Berlin. Hlm. 81 – 117.
Cotton dan Wilkinson. 1989. Dasar Kimia Anorganik. UI-Press. Jakarta.
Culoota, L., C.D. Stefano, M. R. Mannino, and S. Groecchia. 2006. ThePAH composition of surface sedimen from stagnone coastalLoogon, Marsala (Italy). Maryne Chemistry 99. 117-127.
Daifullah, A. A. M., N. S. Awwad, and S. A. El-Reefy. 2002. Purification of Wet
64
Phosphoric Acid from Ferric Ions Using Modified Rice Husk. ChemicalEngineering and Processing. 43: 193 – 201.
Daifullah, A. A. M., B. S. Girgis., and H. M. H. Gad. 2003. Utilization of Agro-Resdues (Rice Husk) in Small Waste Water Treatment Plans. MaterialLatters. 57: 1723 – 1731.
Danarto, Y.C., A. Nur, dan E. R. Dyartati. 2010. Adsorpsi Limbah LogamBerat dengan Karbon dari Sekam Padi pada Kolom Unggun Tetap.Laporan Penelitian Dosen Muda Tahun 2006. Jurusan Teknik Kimia FT.UNS.
Darmayanti, N. Rahman, dan Supriadi. 2012. Adsorpsi Timbal (Pb) dan Zink(Zn) dari Larutannya Menggunakan Arang Hayati (biocharcoal) KulitPisang Kepok Berdasarkan Variasi pH. Journal Akad Kim. 1(4): 159 –165.
Fahmiati, Nuryono dan Narsito. 2004. Kajian Kinetika Adsorpsi Cd(II), Ni(II)dan Mg(II) Pada Silika Gel Termodifikasi 3-Merkapto-1,2,4-Triazol.Alchemy. 3(2): 22 – 28.
Fessenden, R. J. And J. S Fessenden. 1999. Kimia Organik. Erlangga. Jakarta.
Gandjar, I.G., dan A. Rohman. 2007. Kimia Farmasi Analisis. Pustaka Pelajar.Yogyakarta.
Gupta, S.S. and K.G. Bhattacharyya. 2006. Adsorption of Ni(II) on clay.Journal of Colloid Interface Science. 295(1): 21 – 32.
Harsono, H. 2006. Pembuatan Silika Abu Amorf dari Abu Sekam Padi.http://www.unej.ac.id/fakultas/mipa/volume3.no2/harsono.pdf.9
Houston, D. F. 1972. Rice Chemistry and Technology. St. Paul,Minnesota,American association of Cereal Chemists Inc. Amerika Serikat.
Hsu, H.W., and Luh, B.S. 1980. Rice Hull. Dalam Rice Produck AndUtilization. Editor: Bor Shiun Luh. New York: Avi PublishingCompany Inc. Hlm. 736 – 740.
Hung, C. C., G. Gwo-Ching, K. Fung-Chi., L. Hung-Jen, C. Hung-Yu,W. Jian-Ming, H. Min-Lan, P. Sen-Chueh, N. Fan-Hua, and P.H.Santschi. 2011. Polycyclic aromatic hydrocarbons in surface sedimentsof the East China Sea and their relationship with carbonaceous materials.Mar. Poll. Bull. 63: 464 – 470.
65
Husin, G. dan C. M. Rosnelly. 2005. Studi Kinetika Adsorpsi Larutan LogamTimbal Menggunakan Karbon Aktif dari Batang Pisang. Tesis. FakultasTeknik Universitas Syiah Kuala Darrusalam. Banda Aceh.
Ismunadji, M. 1988. Morfologi dan Fisiologi Padi. Pusat Penelitian danPengembangan Tanaman Pangan. Bogor.
Keenan and W. Charles. 1992. Kimia Untuk Universitas Jilid 1. Erlangga.Jakarta.
Lah, K. 2011. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. http://toxipedia.org/display/toxipedia/ Polycyclic+Aromatic+Hydrocarbons. Akses tanggal 21 Mei2017.
Lin, Y., H. Chen, K. Lin, B. Chen, and C. Chiou. 2011. Application of magneticparticles modified with amino groups to adsorb cooper ions in aqueoussolution. Journal Environmental Scient. 23: 44 – 50.
Liou, H dan C. Yang. 2010. Synthesis and surface characteristics of nanosilicaproduced from alkali-extracted rice husk ash. Department of ChemicalEngineering, Ming Chi University of Technology, 84 Gungjuan Rd., Taipei24301. Taiwan.
Maher, W. A., J. BAGG, and D. J. Smith. 1979. Determination on PAH in marinesediments using solvent extraction,thinlayer chromatography andspectrofluorimetry. Int.J. Environ. Anal. Chem. 7: 1 – 10.
Marzuki, A. 2012. Kimia Analisis Farmasi. Dua Satu Press. Makasar.
Mille, J., N. Miller, and C. Jane. 2006. Statistics and Chemometrics forAnalytical Chemistry, Sixth Edition. Pearson Education Ltd. Inggris.
National Research Council [NRC]. 2003. Nutrient Requirements of Poultry.Academy Pr. Washington DC.
Neff, J. M. 1979. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the aquatic environment.Applied Science Publishers Ltd. London.
Nemr, A.E., T.O. Said, and A. Khaled. 2006. Distribution and sources of PAH insurface sedimens of the Suez Gulf. Envir Moni. T and Ass. 1 – 26.
Orecchio, S., P.C. Vivianav, and C. Loredana. 2009. Polycyclic AromaticHydrocarbons (PAHs) in Coffee Brew Samples: Analytical method byGC-MS profile, levels dan sources. Journal of Food dan ChemicalToxicology. 47: 819 – 826.
Oscik, J. 1982. Adsorption. Ellis Horwood Limited. England.
66
Oxtoby, D. 1990. Prinsip-prinsip Kimia Modern. Erlangga. Jakarta. Hlm. 285–290.
Punkels. 2008. Kegunaan Silica Gel. From http://punkels.wordpress.com/2008/12/21/kegunaan-silica-gel, 21 Februari 2017.
Rousseau, R.W. 1987. Handbook Of Separation Process Technology. JohnWiley and Sons Inc. United States. pp. 67.
Saepudin, A. 2009. Uji Kinerja Adsorben Histidin-Bentonit dalam PrototipeKemasan Flow dan Batch terhadap Pestisida Endosulfan dalam AirMinum. Skripsi. Kimia FPMIPA-UPI. Bandung.
Setyaningsih, H. 2008. Pengolahan Limbah Batik dengan Proses Kimia danAdsorpsi Karbon Aktif. Universitas Indonesia. Jakarta.
Sharma, N. K., W. S. Williams, and A. Zangvil. 1984. Formation and structureof silicon carbide whiskers from rice hulls. Journal. Am. Ceram. Soc. 67:715 – 720.
Shukla, S. P. 2011. Investigation In to Tribo Potential of (Rice Husk)Char Reinforced Epoxy Composite. Thesis. National Institute ofTechnology Rourkela. Rourkela
Simpson, A. 1996. Fertilizers and Manures. Longman Group Limited. NewYork.
Somaatmadja, D. 1980. Sekam Gabah sebagai Bahan Industri. Badan Penelitiandan Pengembangan Industri. Jakarta.
Suka, I. G., W. Simanjuntak, S. Sembiring, dan E. Trisnawati. 2008.Karakterisasi Silika Sekam Padi dari Provinsi Lampung yang diperolehdengan Metode Ekstraksi. MIPA. 37(1): 47 – 52.
Uthe, J. F. 1991. PAH in the environtment. Marine Chemistry Division.Departement of Fisher and Ocean. Halifax. Chanadian Chemical News.
Vogel. 1985. Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro.Edisi kelima Bagian I. PT Kalman Pustaka. Jakarta.
Wardhana dan A. Wisnu. 2001. Dampak Pencemaran Lingkungan. PenerbitAndi. Yogyakarta.
Wunas, Y dan Susanti. 2011. Analisa Kimia Farmasi Kuantitatif (Revisi Kedua).Laboratorium Kimia Farmasi UNHAS. Makasar.
67
Yahya, S. 2013. Spektrofotometer UV-VIS. Fromhttp://artikel.wordpress.com/2013/12/21/Spektrofotometer UV-VIS, 21Februari 2017.
Zakaria, M.P dan A. A Mahat. 2006. Distibution of Polycyclic AromaticHydrocarbon (PAHs) in Sediments in the Langet Estuary. CoastalMarine Science. 30(1): 387 – 395.