imobilisasi ditizon pada kitosan dan aplikasinya …lib.unnes.ac.id/26930/1/4311412025.pdf · ion...
TRANSCRIPT
IMOBILISASI DITIZON PADA KITOSAN DAN
APLIKASINYA UNTUK PENURUNAN KADAR ION Pb2+
SKRIPSI
Disusun sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
oleh
Dina Amalina
4311412025
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2016
ii
iii
iv
v
MOTTO
1. Do good, and good will come to you.
2. Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan
kesanggupannya (Al-baqarah : 286)
3. Bahwasanya seseorang tidak memperoleh apa-apa selain apa yang telah ia
usahakan dan bahwasanya usaha itu kelak akan diperlihatkan kepadanya
(An-najm : 39-40)
4. Happiness can be found even in the darkest of times, if one only
remembers to turn the light –Albus Dumbledore
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk :
1. Papa dan Mama yang selalu memberikan doa dan
dukungan demi tercapainya cita-cita.
2. Sekar dan Adel yang selalu menghibur dan
memberi dorongan untuk tetap semangat.
3. Nenek yang selalu memberikan doa dan
menyayangi saya.
4. Sahabat yang turut memberikan doa dan
dukungan.
5. Dan Mas Fahmi yang selalu ada dalam suka
maupun duka.
Semoga kalian selalu dalam lindungan Allah.
vi
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat,
kemudahan, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
dengan judul “Imobilisasi Ditizon pada Kitosan dan Aplikasinya untuk Penurunan
Kadar Ion Pb2+
” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Program Studi Kimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.
Penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih kepada
semua pihak yang telah membantu, baik dalam penelitian maupun dalam
penyusunan skripsi ini. Ucapan terima kasih ini penulis sampaikan kepada :
1. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Negeri Semarang yang telah memberikan ijin dan kemudahan melakukan
penelitian.
2. Ketua Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang yang telah
memberikan bantuan administrasi teknis dan non teknis dalam penelitian
dan pelaporan hasil penelitian.
3. Ibu Dr. F. Widhi Mahatmanti, M.Si selaku dosen penguji yang telah
memberikan saran dan perbaikan dalam penelitian maupun penulisan
skripsi.
4. Bapak Drs. Eko Budi Susatyo, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Ibu
Ella Kusumastuti, S.Si., M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah
memberikan arahan dan saran selama penyusunan skripsi.
vii
5. Seluruh Dosen Program Studi Kimia yang telah membekali ilmu dan
jasanya selama di bangku kuliah.
6. Ibu Ida selaku teknisi Laboratorium Kimia Analitik, Ibu Martin selaku
teknisi Laboratorium Kimia Anorganik, Bapak Danang selaku teknisi
Laboratorium Teknik Kimia, Bapak Muttaqin selaku teknisi Laboratorium
Fisika, dan seluruh laboran Laboratorium Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam atas bantuan yang diberikan selama penelitian.
7. Teman-teman seperjuangan Kimia Unnes 2012 atas semangat dan
dukungan selama ini.
8. Dan semua pihak yang turut membantu dalam penyusunan skripsi ini.
Semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi pembaca maupun pihak
yang berkepentingan.
Semarang, 18 Juli 2016
Penulis
viii
ABSTRAK Amalina, Dina. 2016. Imobilisasi Ditizon pada Kitosan dan Aplikasinya untuk
Penurunan Kadar Ion Pb2+
. Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Drs.
Eko Budi Susatyo, M.Si dan Pembimbing Pendamping Ella Kusumastuti, S.Si.,
M.Si
Kata kunci : Kitosan, Ditizon, Kitosan Terimobilisasi Ditizon, Ion Pb2+
Ion Pb2+
adalah jenis ion logam berat beracun dan berbahaya. Kitosan
dapat berfungsi sebagai adsorben namun kapasitas adsorpsinya masih cenderung
kecil. Salah satu usaha untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi kitosan adalah
dengan mengimobilisasi kitosan dengan ditizon. Ditizon digunakan sebagai
imobilisasi karena terdapat gugus S=C dan –NH pada ditizon yang berperan
sebagai pembentuk kelat. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari
karakteristik kitosan, kitosan terimobilisasi ditizon, dan kitosan terimobilisasi
ditizon setelah mengadsorpsi ion Pb2+
menggunakan FTIR, dan aplikasi kitosan
terimobilisasi ditizon untuk penurunan kadar ion Pb2+
pada pH, waktu kontak, dan
konsentrasi optimum. Metode adsorpsi yang digunakan dalam penelitian ini
adalah metode batch. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada kitosan
terimobilisasi ditizon muncul spektra pada bilangan gelombang 1380,77 cm-1
yaitu gugus S=C dari ditizon yang terikat pada kitosan dan pada kitosan
terimobilisasi ditizon setelah mengadsorpsi ion Pb2+
, terjadi pergeseran bilangan
gelombang 1380,77 cm-1
menjadi 1354 cm-1
karena gugus S=C telah mengikat ion
Pb2+
, yaitu C=S-Pb. Pada proses adsorpsi ion Pb2+
diperoleh kapasitas adsorpsi
sebesar 17,5438 mg/g untuk kitosan dan 27,0270 mg/g untuk kitosan
terimobilisasi ditizon.
ix
ABSTRACT Amalina, Dina. 2016. Immobilization Dithizone at Chitosan and Application to
Reduce Pb2+
Ion Content. Final Project, Chemistry Majors Faculty of
Mathematics and Natural Sciences Semarang State University. First Advisor: Drs.
Eko Budi Susatyo, M.Si and Second Advisor: Ella Kusumastuti, S.Si., M.Si
Keywords : chitosan, dithizone, chitosan immobilized by dithizone, Pb2+
ion
Pb2+
ion is a toxic and hazardous type of heavy metal ion. Chitosan can be
used as an adsorbent but its adsorption capacity tend to be small. One of the way
to increase the adsorption capacity of chitosan is to immobilize it with dithizone.
Dithizone used as an immobilizer because it has S=C and –NH group as chelating
agents. The purpose of this study is to determine the characteristics of chitosan,
dithizone-immobilized chitosan, and dithizone-immobilized chitosan after
adsorbing Pb2+
ion using FTIR, and application of dithizone-immobilized chitosan
to decrease Pb2+
content at a pH, contact time, and the optimum concentration.
Batch method is used for adsorption method in this study. The result showed that
the spectra on dithizone-immobilized chitosan appears at wavenumber 1380,77
cm-1
, specifically the S=C group of dithizone bound to chitosan and on dithizone-
immobilized chitosan after absorbing Pb2+
ion, the wavenumber changed from
1380,77 cm-1
to 1354 cm-1
because the S=C group has bound the Pb2+
ion to C=S-
Pb. At the adsorption process of Pb2+
ion, adsorption capacity obtained at 17,5438
mg/g for chitosan and 27,0270 mg/g for dithizone-immobilized chitosan.
x
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................... i
PERNYATAAN ................................................................................. ii
PERSETUJUAN ................................................................................ iii
PENGESAHAN ................................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ..................................................... v
PRAKATA ......................................................................................... vi
ABSTRAK ......................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................... x
DAFTAR TABEL .............................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................... xv
BAB
1. PENDAHULUAN ....................................................................... 1
1.1. Latar Belakang .......................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ..................................................................... 4
1.3. Tujuan Penelitian ...................................................................... 4
1.4. Manfaat Penelitian .................................................................... 5
2. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 6
2.1. Pencemaran Logam Berat ......................................................... 6
2.2. Timbal (Pb) ............................................................................... 7
2.3. Adsorpsi .................................................................................... 8
2.4. Kitosan Terimobilisasi Ditizon ................................................. 10
4.2.4 Kitosan ................................................................................. 10
5.2.4 Ditizon.................................................................................. 12
6.2.4 Kitosan Terimobilisasi Ditizon ............................................ 13
3. METODE PENELITIAN ............................................................. 15
3.1. Lokasi Penelitian ...................................................................... 15
3.2. Variabel Penelitian.................................................................... 15
3.3. Prosedur Penelitian ................................................................... 15
3.3.1 Alat ....................................................................................... 15
3.3.2 Bahan ................................................................................... 16
3.3.3 Cara Kerja ............................................................................ 16
3.3.3.1 Pembuatan Larutan Kitosan ............................................ 16
3.3.3.2 Pembuatan Kitosan Bead ................................................ 16
3.3.3.3 Imobilisasi Ditizon pada Kitosan .................................... 17
xi
3.3.3.4 Aplikasi Penurunan Kadar Ion Pb2+ Terhadap Kitosan dan
Kitosan Terimobilisasi Ditizon ....................................... 17
a. Penentuan pH Optimum ............................................ 17
b. Penentuan Waktu Kontak Optimum ......................... 18
c. Penentuan Konsentrasi Optimum .............................. 18
d. Penentuan Kapasitas Adsorpsi Pb2+
.......................... 19
3.3.3.5 Karakterisasi Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon
Setelah Mengadsorpsi Ion Pb2+
....................................... 20
4. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 21
4.1. Pembuatan Kitosan Bead dan Imobilisasi dengan Ditizon ....... 21
4.2. Aplikasi Penurunan Kadar Ion Pb2+
terhadap Kitosan dan
Kitosan Terimobilisasi Ditizon ................................................. 26
4.2.1 Pengaruh pH terhadap Adsorpsi Ion Pb2+
............................ 26
4.2.2 Pengaruh Waktu Kontak terhadap Adsorpsi Ion Pb2+
......... 28
4.2.3 Pengaruh Konsentrasi Awal terhadap Adsorpsi Ion Pb2+
.... 30
4.2.4 Penentuan Kapasitas Adsorpsi Kitosan dan Kitosan
Terimobilisasi Ditizon terhadap Ion Pb2+
............................ 32
4.3. Karakterisasi Kitosan Terimobilisasi Ditizon Setelah
Mengadsorpsi Ion Pb2+
............................................................. 34
5. PENUTUP .................................................................................... 37
5.3. Kesimpulan ............................................................................... 37
5.3. Saran ......................................................................................... 38
6. DAFTAR PUSTAKA .................................................................. 39
7. LAMPIRAN ................................................................................. 43
xii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1 Interpretasi Gugus Fungsi Spektra Inframerah Kitosan
Dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ........................................... 24
4.2 Parameter Adsorpsi Langmuir ..................................................... 33
4.3 interpretasi Gugus Fungsi Spektra Inframerah Kitosan dan
Kitosan Terimobilisasi Ditizon Terkontak Ion Pb2+
................... 36
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Struktur Kitin ............................................................................... 11
2.2 Struktur Kitosan ........................................................................... 11
2.3 Struktur Ditizon ............................................................................ 13
4.1 Perbedaan Fisik antara (a) Kitosan Serbuk, (b) Kitosan Bead,
dan (c) Kitosan Bead Terimobilisasi Ditizon .............................. 22
4.2 Hasil Spektra Inframerah Kitosan Terimobilisasi Ditizon
dan Kitosan ................................................................................. 23
4.3 Reaksi Imobilisasi Ditizon pada Kitosan ..................................... 25
4.4 Grafik Hubungan antara pH Larutan dan Adsorpsi
Pb2+
(mg/g) .................................................................................. 27
4.5 Grafik Hubungan Antara Waktu Kontak (menit) dan Adsorpsi
Pb2+
(mg/g) .................................................................................. 29
4.6 Grafik Hubungan Antara Konsentrasi Larutan Pb2+
(mg/g)
dan Adsorpsi Pb2+
(mg/g) ........................................................... 31
4.7 Grafik Linearitas Langmuir untuk Kitosan .................................. 33
4.8 Grafik Linearitas Langmuir untuk Kitosan Terimobilisasi
Ditizon ......................................................................................... 33
4.9 Hasil Spektra Inframerah Adsorben Setelah Mengadsorpsi Ion
Pb2+
.............................................................................................. 35
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Sertifikat Analisis Kitosan ............................................................. 43
2. Diagram Alir Penelitian ................................................................. 44
3. Data Penentuan pH Optimum Adsorpsi Pb2+
oleh Kitosan
dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ............................................... 50
4. Data Penentuan Waktu Kontak yang Dibutuhkan Adsorpsi Pb2+
oleh kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon .......................... 58
5. Data Penentuan Konsentrasi Awal Pb2+
Optimum Adsorpsi Pb2+
oleh Kitosan dan Kitosan Terimobilisasi Ditizon ......................... 67
6. Data Penentuan Kapasitas Adsorpsi ion Pb2+
................................ 75
7. Perhitungan Pembuatan Larutan ................................................... 81
8. Foto Penelitian ............................................................................... 85
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan industrialisasi menjanjikan kemudahan dan kesejahteraan
bagi masyarakat, namun di sisi lain menimbulkan dampak negatif berupa
melimpahnya limbah industri berupa limbah cair, padat, maupun gas.
Pembuangan limbah industri yang tidak tepat dapat menimbulkan pencemaran
lingkungan hidup. Limbah cair pada industri memberikan kontribusi terhadap
pelepasan logam berat beracun di dalam air. Pemilihan logam berat dikhususkan
pada ion Pb2+
karena logam berat tersebut banyak digunakan dalam industri dan
memiliki potensi dampak pencemaran pada lingkungan. Ion logam ini dapat
terakumulasi dalam organ vital manusia dan hewan, efek keracunan secara
kumulatifnya dapat menyebabkan kerusakan fatal hematologi seperti kerusakan
otak, anemia, dan gangguan fungsi ginjal (Behbahani et al., 2013).
Beberapa metode seperti osmosis balik, koagulasi, ekstraksi pelarut,
pertukaran ion, presipitasi, adsorpsi, dan teknik elektrokimia telah digunakan
untuk menghilangkan logam berat dari limbah (Metin dan Erol, 2016).
Dibandingkan dengan metode lainnya, metode adsorpsi adalah salah satu metode
yang paling sederhana, murah, efektif, dan metode dapat digunakan secara luas
(Akintola et al., 2015) dan merupakan teknik yang sering digunakan untuk
mengurangi ion logam berat dalam air limbah (Apriliani, 2010). Adsorpsi dapat
dilakukan terhadap logam berat dengan menggunakan berbagai macam adsorben,
2
diantaranya seperti zeolit, kitin-kitosan, bioadsorben dari spesies alga, fly ash,
karbon aktif, dan selulosa (Solikhah, 2014).
Pertimbangan biaya pengolahan merupakan salah satu alternatif yang perlu
dipertimbangkan untuk memilih teknologi yang akan digunakan untuk mengolah
senyawa logam berat tersebut. Biaya pengolahan adalah parameter yang penting
dalam memilih adsorben dan biaya masing-masing adsorben sangat bervariasi,
tergantung pada proses yang diperlukan dan ketersediaan adsorben tersebut.
Secara umum adsorben dapat dikatakan murah apabila tidak memerlukan atau
memerlukan sedikit proses, bahan melimpah dan merupakan hasil samping atau
limbah (Arifin et al., 2012).
Kitosan menarik secara ekonomi karena kitosan merupakan polimer alam
kedua yang melimpah setelah selulosa (Hua et al., 2016). Kitosan dapat
digunakan sebagai adsorben untuk logam berat karena memiliki gugus amina
yang reaktif dan khelasi yang stabil (Reddy dan Lee, 2013). Kitosan merupakan
adsorben alam yang sangat menarik karena biokompatibilitas, biodegradasi,
hifrofilitas, tidak beracun, dan bersifat antibakteri (Metin dan Erol, 2016).
Ketkangplu et al. (2005) telah melakukan adsorpsi ion logam Cu2+
, Cd2+
,
dan Pb2+
dengan metode prekonsentrasi dengan kitosan sebagai adsorben namun
kurang selektif karena penyerapan masih relatif kecil. Gyananath et al. (2012)
juga telah melakukan adsorpsi logam berat pada berbagai pH menggunakan
kitosan bead dan kitosan terikat silang. Hasilnya menunjukkan kitosan yang
berikatan silang mampu menyerap ion logam pada pH rendah dan kitosan bead
larut dalam pH rendah. Maka perlu adanya modifikasi pada kitosan untuk
3
meningkatkan kemampuannya dalam adsorpsi dan tidak larut pada pH rendah.
Berbagai hasil modifikasi adsorben telah dikembangkan oleh para peneliti.
Menurut Rohyami (2013), modifikasi adsorben dapat dilakukan dengan
menggunakan ligan organik untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi dan
selektifitas pemisahan. Salah satu ligan yang dapat digunakan adalah ditizon yang
sangat sensitif terhadap logam Pb, Cd, dan Cu karena banyak mengandung atom
donor –NH, dan kelompok –SH (Mudasir et al., 2008). Ditizon merupakan reagen
yang sudah dikenal sebagai agen untuk penentuan logam berat dengan ekstraksi
klasik. Ditizon mempunyai dua atom hidrogen aktif yang dapat disubtitusi dengan
kation. Selain itu, ditizon juga merupakan molekul yang memiliki atom donor
elektron, yaitu sulfur dan nitrogen yang dapat bereaksi dengan kation, yaitu ion-
ion logam berat (Agustiningtyas, 2012).
Penelitian tentang modifikasi kitosan dengan ditizon telah dilakukan oleh
Allen (2014), yaitu menentukan recovery timbal dengan ekstraksi fase padat
menggunakan kitosan terimobilisasi ditizon sebagai adsorben dan Etilen Diamin
Tetra Asetat (EDTA) sebagai pendesorpsi. Dari penelitian tersebut muncul gugus
fungsi baru pada proses karakterisasi menggunakan FT-IR, yaitu gugus S=C yang
diduga hasil dari imobilisasi dengan ditizon. Kapasitas adsorpsi dari kitosan
terimobilisasi ditizon untuk ion Cd2+
yaitu sebesar 0,315 mg/g (Agustrya, 2015).
Modifikasi kitosan terimobilisasi ditizon diharapkan agar kitosan tidak
larut dalam suasana asam dan memaksimalkan penyerapan ion Pb2+
pada larutan.
Berdasarkan masalah di atas, maka peneliti akan memfokuskan kajian pada
4
“Imobilisasi Ditizon pada Kitosan dan Aplikasinya untuk Penurunan Kadar Ion
Pb2+”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan hal-hal yang diungkapkan di atas, dirumuskan permasalahan sebagai
berikut :
a) Bagaimana karakteristik kitosan sebelum dan sesudah terimobilisasi ditizon?
b) Berapa besar penurunan kadar ion Pb2+
pada adsorpsi menggunakan kitosan
terimobilisasi ditizon pada kondisi optimum (pH larutan, waktu kontak, dan
konsentrasi larutan)?
c) Bagaimana karakteristik kitosan dan kitosan terimobilisasi ditizon setelah
mengadsorpsi ion Pb2+
?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijelaskan, maka dapat dirumuskan
tujuan berikut :
a) Mengetahui karakteristik kitosan sebelum dan sesudah terimobilisasi ditizon.
b) Mengetahui besar penurunan kadar ion Pb2+
pada adsorpsi menggunakan
kitosan terimobilisasi ditizon pada kondisi optimum (pH larutan, waktu kontak,
dan konsentrasi larutan).
c) Mengetahui karakteristik kitosan dan kitosan terimobilisasi ditizon setelah
mengadsorpsi ion Pb2+
.
5
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah untuk mendorong
para peneliti dalam mengembangkan kitosan terimobilisasi ditizon dan
mengurangi kadar ion Pb2+
di lingkungan.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pencemaran Logam Berat
Daerah aliran sungai merupakan suatu ekosistem yang berpotensi besar
untuk mengalami polusi atau pencemaran. Pencemaran dapat terjadi sebagai
akibat dari berbagai kegiatan yang dilakukan di kawasan industri. Pembuangan
limbah industri yang tidak tepat dapat menimbulkan pencemaran lingkungan
hidup khususnya yang mengandung ion logam-logam berat.
Keberadaan logam berat di lingkungan dapat berasal dari dua sumber,
pertama berasal dari alam dengan kadar di biosfer yang relatif kecil. Keberadaan
logam berat secara alami tidak membahayakan lingkungan. Kedua dari
antropogenik. Keberadaan logam berat tersebut diakibatkan oleh aktivitas
manusia, misalnya limbah industri pelapisan logam, pertambangan, cat,
pembuangan zat kendaraan bermotor, serta barang-barang bekas seperti baterai,
kaleng, dan sebagainya (Arifin et al., 2012).
Dalam tubuh makhluk hidup logam berat termasuk dalam mineral “trace”
atau mineral yang jumlahnya sangat sedikit. Beberapa mineral trace adalah
esensial karena digunakan untuk aktivitas kerja sistem enzim misalnya seng (Zn),
tembaga (Cu), besi (Fe), dan beberapa unsur lainnya seperti cobalt (Co), mangan
(Mn), dan beberapa lainnya. Beberapa logam bersifat non-esensial dan bersifat
toksik terhadap makhluk hidup misalnya merkuri (Hg), kadmium (Cd), dan timbal
(Pb) (Darmono, 2001). Toksisitas logam pada manusia menyebabkan beberapa
7
akibat negatif, terutama kerusakan jaringan, khususnya organ detoksifikasi dan
ekskresi, yaitu hati dan ginjal.
2.2 Timbal (Pb)
Timbal atau plumbum disimbolkan dengan Pb. Logam ini termasuk ke
dalam kelompok logam-logam golongan IV-A pada tabel periodik unsur kimia.
Mempunyai nomor atom (NA) 82 dengan bobot atau berat atom (BA) 207,2.
Penyebaran logam timbal di bumi sangat sedikit. Jumlah timbal yang terdapat di
seluruh lapisan bumi hanyalah 0,0002% dari seluruh jumlah kerak bumi. Jumlah
ini sangat sedikit jika dibandingkan dengan jumlah logam berat lainnya yang ada
di bumi (Palar, 1994). Pb2+
pada pH tinggi (berkurangnya ion H+) dapat
menyebabkan reaksi antara Pb2+
dengan OH-, sehingga membentuk endapan
Pb(OH)2, endapan ini dapat menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung. Oleh
karena itu, terjadi penurunan persen penyerapan pada pH 7 dan 8 (Allen, 2014).
Timbal banyak dimanfaatkan oleh manusia seperti sebagai bahan pembuat
baterai, amunisi, perlengkapan medis, cat, keramik, dan lainnya. Timbal atau Pb
dan persenyawaannya dapat berada dalam perairan sebagai dampak dari aktivitas
manusia. Secara alamiah, ion Pb2+
dapat masuk ke perairan melalui pengkristalan
Pb di udara dengan bantuan air hujan (Arifin et al., 2012).
Pada jaringan dan atau organ tubuh, ion Pb2+
akan terakumulasi pada
tulang baik melalui udara maupun makanan ataupun minuman, karena logam ini
dalam bentuk ion (Pb2+
) mampu menggantikan keberadaan ion Ca2+
(kalsium)
yang terdapat pada jaringan tulang. Tulang berfungsi sebagai tempat
8
pengumpulan ion Pb2+
karena sifat-sifat ion Pb2+
yang hampir sama dengan ion
Ca2+
(Fardiaz, 1992). Di samping itu pada wanita hamil ion Pb2+
dapat melewati
plasenta dan kemudian akan ikut masuk dalam sistem peredaran darah janin dan
selanjutnya setelah bayi lahir, ion Pb2+
akan dikeluarkan melalui air susu (Palar,
1994).
Keracunan akut dapat terjadi jika ion Pb2+
masuk ke dalam tubuh
seseorang melalui makanan atau menghirup gas Pb dalam waktu relatif pendek
dengan dosis atau kadar relatif tinggi. Timbal bisa merusak jaringan syaraf, fungsi
ginjal, sistem reproduksi, sistem endokrin dan jantung, serta gangguan pada otak
sehingga anak mengalami gangguan kecerdasan mental. Menurut Behbahani et al.
(2013), ion logam ini dapat terakumulasi dalam organ vital manusia dan hewan,
efek keracunan secara kumulatifnya dapat menyebabkan kerusakan fatal
hematologi seperti kerusakan otak, anemia, dan gangguan fungsi ginjal.
2.3 Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu
terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya
tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam
(Atkins, 1999). Menurut Apriliani (2010), yang bertanggung jawab terhadap
adsorpsi adalah gaya tarik van der waals, pembentukan ikatan hidrogen,
pertukaran ion, dan pembentukan ikatan kovalen.
Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas, atau gas-cair.
Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut adsorbat, sedangkan
9
permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat disebut adsorben. Pada
adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan
adsorben. Adsorpsi adalah gejala pada permukaan, sehingga makin besar luas
permukaan, maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Walaupun demikian,
adsorpsi masih bergantung pada sifat zat pengadsorpsi (Apriliani, 2010).
Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah ion logam yang diadsorpsi oleh
adsorben yaitu : (Yusrin, 2014)
1. Jenis adsorbat, meliputi ukuran molekul adsorbat dan kepolaran zat;
2. Jenis adsorben, meliputi kemurnian, luas permukaan, dan volume pori
adsorben;
3. Temperatur, adsorpsi merupakan proses eksoterm sehingga jumlah adsorbat
akan bertambah dengan berkurangnya temperatur adsorbat;
4. Tekanan, untuk adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat mengakibatkan
kenaikan jumlah zat yang diadsorpsi.
Metode adsorpsi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu statis (batch) dan
dinamis (kolom). Cara statis yaitu ke dalam wadah yang berisi adsorben
dimasukkan larutan yang mengandung komponen yang diinginkan, selanjutnya
diaduk dalam waktu tertentu, kemudian dipisahkan dengan cara penyaringan atau
dekantasi. Komponen yang telah terikat pada adsorben dilepaskan kembali dengan
melarutkan adsorben dalam pelarut tertentu dan volumenya lebih kecil dari
volume larutan mula-mula. Lalu cara dinamis yaitu ke dalam kolom yang telah
diisi dengan adsorben dilewatkan larutan yang mengandung komponen tertentu,
selanjutnya komponen yang telah terserap dilepaskan kembali dengan
10
mengalirkan pelarut (eluen) (Apriliani, 2010). Proses adsorpsi sangat sesuai
untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi yang kecil dan campuran yang
mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi karena selektivitas pada proses
adsorpsi tinggi. Bentuk lain dari adsorpsi adalah pertukaran ion (ion exchange).
2.4 Kitosan Terimobilisasi Ditizon
2.4.1 Kitosan
Kitin dan turunannya seperti kitosan, karboksimetil kitin, dan sebagainya
secara luas diakui memiliki aplikasi besar di berbagai bidang. Kitin dan
turunannya banyak digunakan dalam industri makanan, bidang obat-obatan,
industri kimia, tekstil dan lain-lain (Muzzarelli, 1996).
Kitin dan turunannya, terutama kitosan, memiliki potensi dan aplikasi
yang sangat besar. Kitosan mempunyai aplikasi di berbagai bidang, misalnya
dalam kosmetik, pertanian, makanan, farmasi, biomedis, industri kertas, dan juga
sebagai adsorben untuk pengolahan air limbah (Sila et al., 2014).
Kitosan merupakan polimer (β-1-4)-2-amino-2-dioksi-D-glukopiranosa
yang disintesis melalui deasetilasi kitin. Kitosan adalah biopolimer yang paling
melimpah kedua di alam setelah selulosa (Ngah et al., 2012). Kitosan sangat
menarik di alam karena sifatnya biokompatibilitas, biodegradasi, hidrofilitas,
tidak beracun, bersifat antibakteri, dan ekonomis. Kitosan dapat mudah berikatan
silang dengan glutaraldehid, etilenglikol diglisidil eter, epiklorohidrin, dan
tripolifosfat (Metin dan Erol, 2016).
11
Gambar 2.1. Struktur kitin (Hadi, 2014)
Gambar 2.2. Struktur kitosan (Hadi, 2014)
Gambar 2.1 merupakan struktur dari kitin dan Gambar 2.2 merupakan
struktur dari kitosan. Perbedaan kitin dan kitosan didasarkan pada kandungan
nitrogennya. Bila nitrogen kurang dari 7%, maka polimer disebut kitin dan apabila
kandungan total nitrogennya lebih dari 7% maka disebut kitosan. Kitosan disebut
juga dengan β-(1,4)-2-amino-2-dioksi-D-glukosa merupakan senyawa tidak larut
dalam air, sedikit larut dalam HCl, HNO3, dan H3PO4, dan tidak larut dalam
H2SO4. Kitosan tidak beracun, mudah mengalami biodegradasi dan bersifat
polielektrolit yang artinya memiliki muatan elektron, yaitu muatan negatif
sehingga mampu berikatan dengan logam berat bermuatan positif, di samping itu
kitosan dapat dengan mudah berinteraksi dengan zat-zat organik lainnya seperti
protein, oleh karena itu kitosan relatif lebih banyak digunakan pada berbagai
industri terapan dan industri kesehatan (Rahawarin, 2011).
Kitosan adalah polimer polisakarida amina yang tersusun oleh unit
glukosamin dan N-asetil glukosamin yang merupakan polimer hidrofilik tidak
12
beracun, cocok secara biologis (biocompatible) dan dapat didegradasi secara
biologis (Setyaningrum, 2014). Secara umum proses pembuatan kitosan meliputi
3 tahap, yaitu deproteinasi, demineralisasi, dan deasetilasi. Proses deproteinasi
bertujuan mengurangi kadar protein dengan menggunakan larutan alkali encer dan
pemanasan yang cukup. Proses demineralisasi dimaksudkan untuk mengurangi
kadar mineral (CaCO3) dengan menggunakan asam konsentrasi rendah untuk
mendapatkan kitin. Proses deasetilasi bertujuan untuk menghilangkan gugus asetil
dari kitin melalui pemanasan dalam larutan alkali kuat dengan konsentrasi tinggi.
Proses deasetilasi dengan menggunakan alkali pada suhu tinggi akan
menyebabkan terlepasnya gugus asetil (CH3CHO). Gugus amida pada kitin akan
berikatan dengan gugus hidrogen yang bermuatan positif sehingga membentuk
gugus amina bebas –NH2. Kitosan dapat berfungsi sebagai adsorben terhadap ion
logam dalam perairan karena kitosan memiliki gugus amina bebas dan hidroksil
yang berfungsi sebagai situs chelation (situs ikatan koordinasi) dengan ion logam
guna membentuk kelat (Setyaningrum, 2014).
2.4.2 Ditizon
Difeniltiokarbazon atau ditizon merupakan reagen yang sudah dikenal dan
masih digunakan sebagai agen kromogenik untuk penentuan logam berat dengan
ekstraksi klasik analit dalam medium pelarut organik (Agustiningtyas, 2012).
Ditizon memiliki dua atom hidrogen aktif yang dapat disubtitusi dengan kation.
Ditizon dapat membentuk kompleks yang stabil dengan ion logam karena ditizon
memiliki gugus fungsi –SH dan –NH (Karimi et al., 2012). Ditizon dipilih sebagai
13
ligan untuk adsorpsi karena ditizon sangat selektif untuk logam Hg, Cd, dan Pb
(Mudasir et al., 2008). Struktur ditizon dapat dilihat pada Gambar 2.3
Gambar 2.3. Struktur ditizon (Agustiningtyas, 2012)
Ditizon dikenal sebagai salah satu zat pengkelat yang menunjukkan
sensitivitas dan selektivitas yang baik terhadap ion Pb2+
dalam suasana basa
(Rajesh & Manikandan, 2008). Menurut Lang et al. (2008) pH optimum untuk
pengompleksan ion Pb2+
dengan ditizon menggunakan metode ekstraksi pelarut
adalah 9,5. Pada suasana asam, terjadi kompetisi antara ion Pb2+
dengan ion H+
untuk berikatan dengan ditizon. Jika ion H+ berikatan dengan ditizon maka akan
terbentuk asam ditizonat sedangkan bila ion Pb2+
berikatan dengan ditizon akan
terbentuk kompleks Pb2+
-ditizon yang tidak stabil. Dalam suasana basa, ion OH-
akan berikatan dengan salah satu ion H+ pada ditizon sehingga membentuk
kompleks yang stabil dengan Pb2+
(Agustiningtyas, 2012).
2.4.3 Kitosan Terimobilisasi Ditizon
Imobilisasi merupakan suatu modifikasi untuk meniru keadaan asalnya di
alam yang diyakini berada dalam keadaan terikat pada partikel-partikel dalam sel.
Tujuan utama mengimobilisasi adsorben adalah untuk memperoleh hasil adsorpsi
yang diharapkan akan meningkatkan daya serap atau adsorpsi (Zaborsky, 1973).
Teknik imobilisasi pertama kali dilakukan oleh Nelson dan Griffin pada tahun
14
1916. Mereka mengimobilisasi enzim interfase dari khamir dengan cara adsorpsi
pada arang aktif (Chibata, 1978).
Imobilisasi ditizon pada permukaan polimer dan silika gel telah dilakukan
dan berhasil digunakan untuk menghilangkan logam berat (Mudasir et al., 2008).
Imobilisasi antara kitosan dan ditizon merupakan salah satu cara untuk
meningkatkan kemampuan adsorpsi dari kitosan terhadap ion logam Pb2+
terlarut.
Proses imobilisasi adsorben kitosan dengan ditizon bertujuan untuk menambahkan
gugus aktif pada kitosan sehingga dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
terhadap ion logam Pb2+
(Mudasir, et al., 2008).
Selain bertujuan untuk menambah gugus aktif pada kitosan, proses
imobilisasi ditizon pada kitosan juga dapat meningkatkan kestabilan kitosan
terhadap asam sehingga saat adsorben digunakan untuk mengadsorpsi ion Pb2+
adsorben kitosan ditizon mapu tidak larut dalam suasana asam (Allen, 2014).
37
BAB V
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan menggunakan kitosan dan
kitosan terimobilisasi ditizon sebagai adsorben untuk ion Pb2+
, maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Perbedaan karakterisasi kitosan bead dan kitosan bead terimobilisasi ditizon
terletak pada adanya gugus S=C pada kitosan terimobilisasi ditizon pada
bilangan gelombang 1380,77 cm-1
.
2. Aplikasi penurunan kadar ion Pb2+
menggunakan kitosan dan kitosan
terimobilisasi ditizon optimum pada pH 5,5 dan waktu kontak 75 menit.
Kitosan optimum menyerap ion Pb2+
pada konsentrasi 75 ppm dengan
kapasitas adsorpsi 17,5438 mg/g dan kitosan terimobilisasi ditizon optimum
menyerap ion Pb2+
pada konsentrasi 100 ppm dengan kapasitas adsorpsi
sebesar 27,0270 mg/g.
3. Karakterisasi kitosan yang telah mengadsorpsi ion Pb2+
dengan hilangnya
gugus N-H bending dapat dikatakan gugus tersebut sudah mengikat ion Pb2+
.
Pada kitosan terimobilisasi ditizon yang telah mengadsorpsi ion Pb2+
,
bilangan gelombang yang menyatakan gugus S=C bergeser dari 1380 cm-1
menjadi 1354 cm-1
, maka dapat diartikan gugus S=C tersebut berubah
menjadi C=S-Pb.
38
4.2 Saran
Sesuai dengan hasil penelitian yang telah dilakukan, penggunaan kitosan
terimobilisasi ditizon sebagai adsorben dapat dijadikan alternatif biomaterial
dalam mengurangi konsentrasi ion logam, khususnya ion logam berat Pb2+
.
Perlunya penelitian lanjut untuk mengetahui karakteristik kitosan terimobilisasi
ditizon yang lebih spesifik.
39
DAFTAR PUSTAKA
Agustiningtyas, Z. 2012. Optimasi Adsorpsi Ion Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam
Termodifikasi Ditizon. Skripsi. Bogor: IPB.
Agustrya, N. 2015. Penentuan Kapasitas Adsorpsi Kitosan Terimobilisasi Ditizon
Terhadap Cd(II). Jurnal Kimia Khatulistiwa, Vol. 4(3): 73-78.
Akintola, O., Saleh T., Khaled M., dan Al-Hamous O. 2015. Removal of
Mercury(II) Via a Novel Series of Cross-Linked Poly Dithiocarbamates.
Journal Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 000: 1-15
Allen, C. V. 2014. Recovery Timbal dengan Ekstraksi Fase Padat Menggunakan
Kitosan Terimobilisasi Ditizon. Jurnal Kimia Khatulistiwa, Vol. 3(2): 1-
6.
Apriliani, A. 2010. Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben Ion
Logam Cd, Cr, Cu, dan Pb dalam Air Limbah. Skripsi. Jakarta:
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
Arifin, B., Deswati., dan Loekman U. 2012. Analisis Kandungan Logam Cd, Cu,
Cr, dan Pb dalam Air Laut di Sekitar Perairan Bungus Teluk Kabung
Kota Padang. Jurnal Teknik Lingkungan Unand, Vol. 9(2): 139-145.
Atkins, P. W. 1999. Kimia Fisika 2. Jakarta: Erlangga.
Behbahani, M., Mostafa N., Mostafa M., Omid S., Akbar B., dan Mani S. 2013.
Dithizone-modified Nanoporous Fructose as A Novel Sorbent for Solid-
Phase Extraction of Ultra-Trace Levels of Heavy Metals. Journal
Microchimica Acta, Vol. 180: 911-920
Chibata, I. 1978. Imobilized Enzyme, Research and Development. New York:
John Wiley and Son Inc.
Darmono. 2001. Lingkungan Hidup Dan Pencemaran, Hubungannya dengan
Toksikologi Senyawa Logam. Jakarta: UI Press.
Dewi, M. 2015. Pemanfaatan Arang Kulit Pisang Raja Teraktivasi H2SO4 Untuk
Menurunkan Kadar Ion Pb2+
dalam Larutan. Skripsi. Semarang:
Universitas Negeri Semarang.
Dongre, R., Minakshi T., Dinesh GG., dan Jostna M. 2012. Bromine Pretreated
chitosan for Adsorption of Lead(II) from Water. Journal Bulletin
Material of Science, Vol. 35(5): 875-884
40
Faisal, M., Adel A., Farid H., Houcine B., Saleh A., dan Ali A. 2014. Highly
Selective Colorimetric Detection and Preconcentration of Bi(III) Ions by
Dhitizone Complexes Anchored onto Mesoporous TiO2. Journal
Nanoscale Research Letters, Vol. 9(62): 1-7
Fardiaz, S. 1992. Polusi Air dan Udara. Yogyakarta: Penerbit Kanisius.
Gyananath, G., dan Bahlal D. 2012. Removal of Lead(II) From Aqueous
Solutions by Adsorption onto Chitosan Beads. Journal Cellulose
Chemistry and Technology, Vol. 46(1-2): 121-124
Hadi, A. 2014. Metal Anoin Removal Cr(VI) from Wastewater Using Chitosan
Extracted from Fish Shells. Journal of Babylon University/Pure and
Applied Sciences, Vol. 22(6): 1799-1804.
Hua, W., Yimin L., Weiyuan X., Zhixian C., Xingwen G., dan Jianying H. 2016.
Batch Affinity Adsorption of His-Tagged Proteins with EDTA-Based
Chitosan. Journal Applied Microbioligy Biotechnology, Vol. 100: 879-
891
Karimi, M., Abdolhamid H., Sayed Z., Alizera M., Mohammad M., Asghar A.,
Maryam K., dan Najmeh A. 2012. Solid Phase Extraction of Trace
Amount of Silver(I) Using Dithizone-Immobilized Alumina-Coated
Magnetite Nanoparticles Prior to Determination bu Flame Atomic
Absorption Spectrometry. International Journal Environmental
Analytical Chemistry, Vol. 92(12): 1325-1340
Ketkangplu, P., Chanyut P., dan Unob F. 2005. Preconcentration of Heavy Metals
from Aqueous Solution Using Chitosan Flake. Journal Sains Res Chula
University, Vol 30(1): 87-95
Laksono, W.L., Projosantoso A.K., dan Ikhsan J. 2008. Adsorpsi Kitosan
Terhadap Ion Ni(II) dan Mn(II) pada Berbagai pH. Jurnal Penelitian
Saintek, Vol. 13(1): 95-109.
Lang, L., Chiu K., Lang Q. 2008. Spectrometric Determination of Lead in
Agricultural, Food, Dietary Supplement, and Pharmaceutical Samples.
Pharma Technology, Vol. 32: 74-83.
Metin, A., dan Erol A. 2016. Fibrous Polymer-Grafted Chitosan/Clay Composite
Beads as A Carrier for Immobilization of Papain and Its Usability for
Mercury Elimination. Journal Bioprocess and Biosystems Engineering,
Vol. 39: 1137-1149
41
Mudasir, G., R Iqmail, dan Endang T. 2008. Immobilization of Dithizone onto
Chitin Isolated from Prawn Seawater Shells (P. Merguensis) and Its
Preliminary Study for the Adsorption of Cd(II) Ion. Journal Physical
Science, Vol. 19(1): 63-78.
Muslimah, Lia D., dan Titin A. 2015. Prekonsentrasi Timbal (II) pada Air Sungai
Kapuas Menggunakan Kitosan Terimobilisasi Ditizon. Jurnal Kimia
Khatulistiwa, Vol. 4(3): 22-27.
Muzzarelli, R. 1996. Chitin. New York: Pergamon Press.
Ngah, W., Teong L., Wong C., dan Hanafiah M. 2012. Preparation and
Characterization of Chitosan and Clinoptilotile with Enhanced
Adsorption Properties for Cu2+
. Journal Bioresource Technology, Vol.
101: 812-817
Palar, H. 1994. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Jakarta: Rineka Cipta.
Rahawarin, S. L. 2011. Potensi Kitin Kepiting Bakau (Scylls olivacea Herbst)
Dalam Menyerap Logam Berat Tembaga (Cu) Dari Limbah Tailing
Industri Pertambangan di Timika, Papua. Skripsi. Yogyakarta:
Universitas Atmajaya Yogyakarta.
Rahmi dan Julinawati. 2009. Application of Modified Chitosan for Adsorbent
Ionic Cu2+
Metal in Diesel Oil. Jurnal Natural, Vol. 9(2).
Rajesh, N., Manikandan S. 2008. Spectrophotometric Determination of Lead
After Preconcentration of Its Diphenylthiocarbazone Complex on an
Amberlite XAD-1180 Column. Spectrochim Acta, Vol. 70: 754-757.
Reddy, D., dan Lee S. 2013. Synthesis and Characterization of a Chitosan Ligand
for The Removal of Copper from Aqueous Media. Journal Applied
Polymer Science, Vol. 130: 4542-4550
Rohyami, Y. 2013. Penentuan Cu, Cd, dan Pb dengan AAS Menggunakan Solid
Phase Extraxtion. Jurnal Inovasi dan Kewirausahaan, Vol. 2(1): 19-25.
Setyaningrum, D. 2014. Sintesis Membran Kitosan-Silika Abu Sekam Padi Untuk
Filtrasi Ion Cd2+
dan Cu2+
. Indonesian Journal of Chemistry Science,
Vol. 3(1): 75-80.
Sholikah, S. 2014. Perbedaan Penggunaan Adsorben dari Zeolit Alam Teraktivasi
dan Zeolit Terimobilisasi Dithizon Untuk Penyerapan Ion Logam
Tembaga (Cu2+
). Makalah Seminar Nasional. Surakarta: Universitas
Sebelas Maret.
42
Sila, A., Najwa M., Nadhem S., Rafik B., dan Ali B. 2014. Chitin and Chitosan
Extracted from Shrimp Waste using Fish Proteases Aided Process:
Efficiency of Chitosan in the Treatment of Unhairing Effluents. Journal
Polymer Environmental, Vol. 22: 78-87
Skoog, D. 2007. Principles of Instrumental Analysis Sixth Edition. Canada:
Thomson Books.
Sugiarto, K. 2003. Kimia Anorganik II. Cetakan Pertama. Yogyakarta:
Universitas Negeri Yogyakarta.
Sukardjo, J. S., dan Nanik G. M. 2011. Sintesis Kitosan Dari Cangkang Kepiting
Dan Kitosan Yang Dimodifikasi Melalui Pembentukan Bead Kitosan
Berikatan Silang Dengan Asetaldehid Sebagai Agen Pengikat Silang
Untuk Adsorpsi Ion Logam Cr(VI). Jurnal EKOSAINS, Vol. 3(3): 1-13.
Wiyarsi, A dan Priyambodo E. 2009. Pengaruh Konsentrasi Kitosan dari
Cangkang Udang Terhadap Efisiensi Penjerapan Logam Berat. Skripsi.
Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.
Yusrin, A. F. 2014. Perbandingan Kemampuan Silika Gel Abu Sabut Kelapa dan
Abu Sekam Padi untuk Menurunkan Kadar Ion Logam Cd2+
dalam
Larutan. Skripsi. Semarang: Universitas Negeri Semarang.
Zaborsky, O. R. 1973. Immobilized Enzyme. Cleveland: CRC Press Inc.