POLA ISOTERM ADSORPSI ION Pb2+ SERBUK KULIT KACANG TANAH (Arachis hypogaea L.)

OlehI Nyoman Sukarta

Jurusan Analis Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Pendidikan Ganesha

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui pola isoterm adsorpsi ion Pb2+ serbuk kulit kacang tanah dan (2) mengetahui daya adsorpsi maksimum ion Pb2+serbuk kulit kacang tanah. Subjek penelitian ini adalah kulit kacang tanah yang diaktivasi dengan uap air panas. Sedangkan objek penelitian adalah pola isoterm adsorpsi dan daya adsorpsi maksimum ion Pb2+ serbuk kulit kacang tanah. Konsentrasi ion Pb2+ sebelum dan sesudah adsorpsi diukur menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik adsorpsi ion Pb2+ serbuk kulit kacang tanah sesuai dengan pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich. Daya adsorpsi maksimum ion Pb2+ sebuk kulit kacang tanah adalah 1,2556 mg/g.

Kata-kata kunci: adsorpsi, pola isoterm adsorpsi, kulit kacang tanah (Arachis hypogaea L.), dan ion Pb2+.

Pendahuluan

Logam timbal (Pb) merupakan logam yang sangat populer dan banyak dikenal oleh

masyarakat awam. Hal ini disebabkan oleh banyaknya Pb yang digunakan di industri

nonpangan dan paling banyak menimbulkan keracunan pada makhluk hidup. Pb adalah

sejenis logam yang lunak dan berwarna cokelat kehitaman, serta mudah dimurnikan dari

pertambangan. Dimana logam tersebut dapat terakumulasi dalam tubuh makhluk hidup

baik secara langsung maupun tidak langsung melalui rantai makanan (biomagnifikasi).

Apabila manusia mengkonsumsi organisme tersebut dalam jumlah yang banyak dan

waktu yang lama dapat membahayakan kesehatan manusia (Astawan, 2008).

Usaha-usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar pencemar pada perairan

biasanya dilakukan melalui kombinasi biologi, fisika dan kimia. Pada proses fisika,

dilakukan dengan mengalirkan air yang tercemar ke dalam bak penampung yang telah

diisi campuran pasir, kerikil serta ijuk. Hal ini lebih ditujukan untuk mengurangi atau

menghilangkan kotoran-kotoran kasar dan penyisihan lumpur. Pada proses kimia,

dilakukan dengan menambahkan bahan-bahan kimia untuk mengendapkan zat pencemar

misalnya persenyawaan karbonat (Sutrisno, 2002). Pengurangan zat pencemar secara

1

kimia juga sering dilakukan dengan menggunakan bahan-bahan yang dapat menjerap zat-

zat pencemar seperti karbon aktif, biomassa sel dan lempung. Namun, bahan-bahan

tersebut relatif sulit diperoleh dan karbon aktif mempunyai harga yang cukup mahal.

Oleh karena itu, penelusuran terhadap material baru yang lebih murah, mudah didapat

serta mempunyai daya adsorpsi besar sangat perlu diupayakan. Bahan-bahan alam

organik mempunyai gugus hidroksil (-OH) dapat dipakai untuk mengadsorpsi ion-ion

logam berat (Yantri, 1998). Salah satu jenis bahan yang dapat digunakan adalah limbah

kulit kacang tanah.

Kulit kacang tanah mengandung komponen-komponen kimia seperti selulosa,

hemiselulosa dan lignin. Terdapatnya selulosa dan hemiselulosa menjadikan kulit kacang

tanah berpotensi untuk digunakan sebagai bahan penjerap. Kulit kacang tanah merupakan

salah satu jenis limbah pertanian kacang tanah yang dibuang begitu saja atau yang paling

optimum dijual untuk bahan bakar pembuatan tahu (Werdiono, 2006). Pemanfaaatan kulit

kacang tanah sebagai bahan penjerap merupakan salah satu teknologi yang murah karena

bahan bakunya mudah didapat mengingat propinsi Bali merupakan daerah pertanian

kacang tanah dan Kabupaten Buleleng merupakan penghasil kacang terbesar sekitar

2.186 ton/tahun dengan luas lahan 1700 ha (Master Plan Penunjang Investasi Provinsi

Bali Tahun 2006-2010, 2005).

Adsorpsi suatu zat pada permukaan adsorben memiliki waktu kontak tertentu dan

juga memiliki pola isoterm adsorpsi tertentu. Adsorpsi molekul atau ion pada permukaan

padatan umumnya hanya terbatas pada satu lapisan (monolayer). Dengan demikian

adsorpsi tersebut biasanya mengikuti persamaan isoterm adsorpsi Langmuir atau

Freundlich. Dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir atau

Freundlich, dapat ditentukan karakteristik serapandan daya adsorpsi maksimum ion Pb2+

serbuk kulit kacang tanah. Hasil penelitian ini diharapkan menjadikan sebagai salah satu

informasi untuk memperkaya sumber-sumber bahan penjerap dalam usaha

menanggulangi limbah cair yang mengandung logam berat.

Dari uraian di atas maka, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1)

bagaimanakah karakteristik adsorpsi Pb2+serbuk kulit kacang tanah, dan 2) Berapakah

daya adsorpsi maksimum Pb2+ serbuk kulit kacang tanah?

2

Metode

Penelitian ini termasuk penelitian eksperimen mengenai daya Pb2+ serbuk kulit

kacang tanah yang diaktivasi secara fisika dengan mengalirkan uap air panas. Kulit

kacang tanah yang digunakan diperoleh dari kacang tanah yang dibeli pasar Anyar

Kabupaten Buleleng Singaraja.

Subjek dalam penelitian ini adalah kulit kacang tanah yang diaktivasi dengan cara

mengalirkan uap air panas. Sedangkan objek penelitian adalah karakteristik dan daya

adsorpsi maksimum Pb2+serbuk kulit kacang tanah yang diaktivasi dengan cara

mengalirkan uap air panas.

Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah SSA model AA-6300

merek Shimadzu, oven, blender, seperangkat peralatan pengukus dan neraca, serta

beberapa peralatan tambahan yaitu kaca arloji, spatula, pipet tetes, batang pengaduk,

gelas kimia, labu ukur, biuret, botol kosong, cawan porselin, pengocok (shaker) dan

ayakan ukuran 50 mesh. Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk

kulit kacang tanah serta bahan-bahan kimia yang digunakan antara lain: Pb(NO3)2 kertas

saring dan aquades.

Pembuatan Larutan Induk Pb2+ 1000 ppm

Pb(NO3)2 ditimbang sebanyak 1,602 gram kemudian dilarutkan dengan aquades

dalam labu ukur 1 liter sehingga diperoleh larutan Pb2+ 1000 ppm.

Pembuatan Larutan Standar dan Larutan Sampel

Larutan induk 1000 ppm sebanyak 100 mL diencerkan menjadi 100 ppm dalam

labu ukur 1 Liter dengan menambahkan aquades sampai tepat tanda batas. Larutan

standar 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm dan 20 ppm dibuat dengan cara mengencerkan

larutan 100 ppm. Larutan 100 ppm sebanyak 5 mL, 25 mL, 50 mL, 75 mL dan 100 mL

masing-masing diencerkan menjadi 500 mL.

Larutan sampel Pb2+ dibuat dengan mengencerkan larutan Pb2+ 100 ppm menjadi 5

ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm dan 25 ppm. Larutan Pb2+ 100 ppm sebanyak 25 mL, 50

mL, 75 mL, 100 mL dan 125 mL masing-masing diencerkan menjadi 500 mL.

3

Penghancuran Kulit Kacang Tanah dan Pencucian Kulit Kacang Tanah

Untuk menjadikan serbuk, kulit kacang tanah terlebih dahulu dihancurkan dengan

cara memblender selanjutnya diayak dengan ayakan 50 mesh. Serbuk kulit kacang tanah

kemudian ditimbang 25 gram ukuran 50 mesh, dimasukkan dalam gelas kimia ukuran 1

liter, kemudian tambahkan aquades sebanyak 500 mL. Campuran tersebut diaduk

menggunakan pengocok (shaker) selama 1 jam. Campuran didekantasi dan serbuk kulit

kacang tanah dikeringkan dalam oven pada suhu 100oC selama 2 jam sampai massa kulit

kacang tanah konstan.

Aktivasi Serbuk Kulit Kacang Tanah

Serbuk kulit kacang tanah yang sudah dicuci dan dikeringkan, ditimbang sebanyak

20 gram. Serbuk kulit kacang tersebut selanjutnya diaktivasi dengan cara mengalirkan

uap air yaitu dengan mengkukus serbuk kulit kacang tanah selama 1 jam. Serbuk kulit

kacang tanah yang sudah diaktivasi tersebut selanjutnya dikeringkan dalam oven pada

suhu 100oC selama ±2 jam sampai massa serbuk kulit kacang tanah konstan.

Pembuatan Kurva Kalibrasi

Ke dalam 5 buah gelas kimia ukuran 50 mL, masing-masing diisi larutan standar

ion Cr3+ 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm dan 20 ppm sebanyak 50 mL. Kelima larutan ini

diukur absorbansinya dengan SSA model AA-6300 pada panjang gelombang 357,74 nm.

Data absorbansi tersebut selanjutnya digunakan untuk membuat kurva kalibrasi. Dengan

cara yang sama juga dibuat kurva kalibrasi untuk larutan Pb2+ .

Penentuan Pola isoterm Adsorpsi

Ke dalam 5 buah labu Erlenmeyer ukuran 100 mL, dimasukkan masing-masing

sebanyak 1 gram serbuk kulit kacang tanah yang telah diaktivasi tersebut. Selanjutnya, ke

dalam labu Erlenmeyer tersebut dimasukkan berturut-turut 50 mL larutan timbal nitrat

Pb(NO3)2. dengan konsentrasi 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm dan 25 ppm. Campuran

tersebut didiamkan selama 2 hari, kemudian disaring dan filtratnya ditampung untuk

diukur kadar Pb2+ dengan SSA. Kadar Pb2+ pada larutan Pb2+ sebelum adsorpsi juga

4

diukur. Untuk memperkecil kesalahan maka masing-masing larutan tersebut dibuat

ulangan sebanyak 3 kali.

Analisis Data

Dari pengukuran dengan menggunakan SSA, diperoleh data absorbansi dan

konsentrasi ion Pb2+ setimbang (tidak terjerap). Data kuantitatif tentang daya jerap ion

Pb2+per gram serbuk kulit kacang tanah (x/m) yang diperoleh dari penelitian ini akan

ditentukan dengan persamaan:

gram/gram adsorben

x/m adalah banyaknya ion Pb2+ (gram) yang dijerap per gram adsorben, Co adalah

konsentrasi ion Pb2+ mula-mula, Cst adalah konsentrasi ion Pb2+ setimbang (tidak terjerap).

Untuk mengetahui karakteristik adsorpsi ion Pb2+ oleh serbuk kulit kacang tanah melalui

uji isoterm adsorpsi Langmuir digunakan persamaan dan

isoterm adsorpsi Freundlich digunakan persamaan log (x/m) = log k + 1/n log C,

sedangkan daya adsorpsi maksimum dari adsorben ditentukan dengan membuat kurva

berdasarkan karakteristik adsorpsi yang diperoleh (Sukarta, 2008).

Hasil Penelitian

Penentuan Pola Isoterm Adsorpsi Ion Pb2+ serbuk kulit kacang tanah

Hasil perhitungan dari pengukuran [Pb2+] awal, [Pb2+] setimbang, [Pb2+]

teradsorpsi, log x/m, log c dan c/(x/m) disajikan pada Tabel 1 berikut.

Tabel 1 Data [Pb2+] Awal, [Pb2+] Setimbang, [Pb2+] Teradsorpsi, Log x/m, Log c dan c/(x/m)

[Pb2+] awal

(ppm)

[Pb2+] setimbang (ppm)

[Pb2+] teradsorpsi

(ppm)

x/m (gr/g) log x/m log c c/ (x/m)

5,3306 1,2174 4,1131 0,0002 -3,6868 0,0854 5921,36679,6780 2,3704 7,3074 0,0003 -3,4372 0,3748 6489,370415,9522 4,8923 11,0599 0,0005 -3,2580 0,6895 8862,862322,3935 7,5582 14,8363 0,0007 -3,1297 0,8784 10190,373026,3354 10,6253 15,7100 0,0007 -3,1048 1,0263 13526,8840

Keterangan:

5

x/m = massa ion Pb2+ yang teradsorpsi oleh setiap gram massa kulit kacang tanah

c = [Pb2+] setimbang

Data pada Tabel 1 digunakan untuk menguji pola isotherm adsorpsi ion Pb2+

serbuk kulit kacang tanah. Uji pola isoterm adsorpsi Freundlich dilakukan dengan cara

membuat kurva hubungan log x/m terhadap log c. Kurva pola isoterm adsorpsi

Freundlich pada Gambar 1

Gambar 1 Kurva Hubungan Log x/m Terhadap Log c

Selanjutnya pengujian pola isoterm adsorpsi Langmuir dilakukan dengan cara

membuat kurva hubungan c/(x/m) terhadap c. Kurva pola isoterm adsorpsi Langmuir

disajikan pada Gambar 2

Gambar 2 Kurva Hubungan c/(x/m) Terhadap c

6

10.6253

1.21742.3705

5.17237.5582

y = 796.41x + 4706.5

R2 = 0.9871

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

c

c/(x

/m)

0.085445

1.02634

0.87841

0.68951

0.37485

-3.8

-3.7

-3.6

-3.5

-3.4

-3.3

-3.2

-3.1

-3

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

log c

log

x/m

y = 0.628 x - 3.707R2 = 0.9786

Dari kedua kurva di atas, kurva isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich

memiliki kelinieran yang hampir sama dengan nilai R2 berturut-turut adalah 0,9871 dan

0,9786. Jadi berdasarkan tingkat kelinierannya adsorpsi ion Pb2+ serbuk kulit kacang

tanah memenuhi pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich. Isoterm adsorpsi

Langmuir dengan persamaan garis lurus (y = 796,41x + 4706,5), yang memiliki gradien

1/(x/m)maks = 796,41 dan garis ini memotong sumbu c/(x/m) pada 4706,5 berarti

= 4706,5 sehingga diperoleh harga (x/m)maks = 0,0012556 dan k = 0,1692,

yang berarti daya adsorpsi maksimum ion Pb2+ serbuk kulit kacang tanah adalah

0,0012556 gram/gram atau 1,2556 mg/g. Sedangkan isoterm adsorpsi Freundlich dengan

persamaan garis lurus (y = 0,628x – 3,707), yang memiliki gradien 1/n = 0,628 dan

memotong sumbu log x/m pada - 3,707, berarti log k = - 3,707 sehingga diperoleh k =

0,0001963.

Pembahasan

Mekanisme adsorpsi ion Pb2+serbuk kulit kacang tanah terjadi melalui dua cara

yaitu cara fisika dan cara kimia. Adsorpsi secara fisika (fisisorpsi) yaitu adsorpsi yang

terjadi antara ion Pb2+dengan kulit kacang tanah disebabkan oleh gaya-gaya van der

Waals. Adsorpsi secara kimia (kemisorpsi) yaitu adsorpsi yang terjadi akibat interaksi ion

Pb2+dengan gugus aktif dari selulosa dan hemiselulosa, yaitu gugus hidroksil (-OH).

Interaksi antara ion Pb2+dengan gugus aktif yang terdapat pada permukaan kulit kacang

tanah tersebut kemungkinan dapat terjadi melalui pertukaran ion pada permukaan

adsorben atau pembentukan ikatan koordinasi.

Interaksi ion Pb2+dengan gugus hidroksil (-OH) melibatkan terbentuknya ikatan

kovalen koordinasi, hal ini dimungkinkan karena atom oksigen (O) pada gugus hidroksil

(-OH) mempunyai pasangan elektron bebas sedangkan ion Pb2+ mempunyai orbital d

yang kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang

dimiliki oleh ion Pb2+ sehingga terbentuk suatu kompleks koordinasi. Pada pembentukan

kompleks koordinasi, kation ion Pb2+ bertindak sebagai ion pusat dan selulosa serta

hemiselulosa bertindak sebagai ligan.

7

Pada umumnya pembentukan ikatan kovalen koordinasi berlangsung dalam waktu

yang lama sehingga waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan setimbang tersebut

juga lama dan pada penelitian ini proses adsorpsi dilakukan selama 2 hari. Untuk

memaksimalkan adsorpsi ion Pb2+ maka dilakukan aktivasi terhadap kulit kacang tanah.

Aktivasi kulit kacang tanah dilakukan dengan mengalirkan uap air panas yaitu

merupakan aktivasi secara fisika yang bertujuan untuk membuka pori-pori pada kulit

kacang tanah dan menguapkan bahan-bahan yang larut dalam uap air panas seperti

minyak atsiri sehingga dapat memaksimalkan serapanantara ion Pb2+ dengan permukaan

kulit kacang tanah.

Pada Gambar 1 disajikan kurva pola isoterm adsorpsi Freundlich dengan persamaan

garis lurus (y = 0,628x – 3,707), yang memiliki gradien 1/n = 0,628 dan memotong

sumbu log x/m pada - 3,707, berarti log k = - 3,707 sehingga diperoleh k = 0,000196336

dengan tingkat keterandalan R2 = 0,9786. Pada Gambar 2 disajikan kurva pola isoterm

adsorpsi Langmuir dengan persamaan garis lurus (y = 796,41x + 4706,5), yang memiliki

gradien 1/(x/m)maks = 796,41 dan garis ini memotong sumbu c/(x/m) pada 4706,5 berarti

= 4706,5 sehingga diperoleh harga (x/m)maks = 0,0012556 dan k =

0,1692196 dengan tingkat keterandalan R2 = 0,9871. Berdasarkan nilai R2 isoterm

adsorpsi di atas, kedua pola isoterm adsorpsi ini memiliki nilai R2 yang hampir sama,

yaitu mendekati satu. Hal ini menunjukkan bahwa adsorpsi ion Pb2+ serbuk kulit kacang

tanah terjadi pada satu lapisan (monolayer). Dari adsorpsi ion Pb2+ serbuk kulit kacang

tanah yang diaktivasi dengan uap air panas menunjukkan bahwa adsorpsi ion Pb2+

berlangsung secara fisik yaitu melalui pori-pori maupun secara kimia melalui interaksi

gugus hidroksida (OH). Gugus-gugus ini dapat mengikat ion Pb2+ melalui ikatan ion-ion

atau ion polar (Mamaril, et al, 1997).

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan, maka

beberapa simpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut: 1) pola adsorpsi ion Pb2+

serbuk kulit kacang tanah mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun pola

8

isoterm adsorpsi Freundlich, 2) daya adsorpsi maksimum ion Pb2+ serbuk kulit kacang

tanah yaitu sebesar 1,2556 mg/g

Penelitian ini diharapkan dapat digunakan di industri-industri yang menggunakan

zat-zat yang mengandung Pb sehingga dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat

pembuangan limbah Pb. Namun demikian masih perlu dilakukan penelitian lanjutan

terhadap usaha meningkatkan kapasitas adsorpsi maksimum dari kulit kacang tanah,

sehingga memperkaya informasi dalam pemanfaatan potensi kulit kacang tanah dalam

pemanfaatannya sebagai adsorben dalam menanggulangi pencemaran lingkungan akibat

limbah cair.

DAFTAR RUJUKAN

Astawan. 2008. Pencemaran Logam Berat Juga Bisa Terdapat Dalam Makanan. Jakarta: Kompas

Mamaril JC, Paner ET, Alpane BM. 1997. Biosorption and Desorpstion of Chromium (III) by Free and Immobilation Rhizobium (BJ Vr 12) cell Biomess. Biodegradation 8: 275-285.

Master Plan Penunjang Investasi Provinsi Bali Tahun 2006-2010. 2005. Hasil Perhitungan LQ Komoditas Hasil-Hasil Pertanian (Tanaman Pangan) Provinsi Bali Tahun 2005. http://www.baliprov.go.id/index.php?page=sektor_primer [12 Februari 2009]

Sukarta I Nyoman. 2008. Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia (Albizia falcata). Tesis. Sekolah Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor

Sutrisno T, Eni Suciastuti. 2002. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Penerbit: Rineka Cipta

Werdiono, Defri. 2006. Bahan Bakar Alternatif Mengubah Kulit Kacang Tanah Jadi Briket . http://www2.kompas.com/kompas-cetak/0712/06/jogja/1045515.htm [30 Januari 2009]

Yantri Ni Ketut. 1998. Pemanfaatan Jerami Padi (Oryza Sativa) Sebagai Bahan Penyerap Ion Cu2+, Cd2+ dan Pb2+ pada Limbah Pencelupan Perusahaan Garmen. Skripsi. Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas MIPA. STKIP Negeri Singaraja

9