BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Transformasi lahan persawahan menjadi kawasan industri sudah banyak

terjadi di beberapa daerah di Indonesia. Salah satu dampak yang terjadi akibat

banyaknya transformasi persawahan menjadi kawasan industri adalah terjadi

pencemaran lingkungan akibat dari pembuangan limbah industri (Irawan, 2005).

Salah satu limbah berbahaya yang dihasilkan oleh beberapa industri adalah logam

berat Cu(II).

Keberadaan logam berat tembaga Cu(II) di lingkungan perairan berasal

dari pembuangan air limbah industri pengolahan kayu, gelangan kapal, alat-alat

listrik, kerajinan perak, elektroplating dan pertambangan (Hatimah dkk, 2009).

Logam Cu juga terdapat dalam proses pewarnaan dan pencetakan dalam industri

tekstil (Smith, 1988). Menurut Andarani dan Roosmini (2009) pencemaran

logam berat salah satunya tembaga Cu(II) terhadap air permukaan dan sedimen

terjadi akibat proses pembuangan limbah industri tekstil di sekitar industri tekstil

di Bandung. Limbah logam Cu(II) banyak tersebar di lingkungan dari keluaran

limbah cair dari banyak industri, sehingga keberadaan ion logam Cu(II) sangat

membahayakan bagi lingkungan dan apalagi jika sampai terkonsumsi oleh

manusia.

Ion Cu(II) merupakan kategori jenis logam berat yang berbahaya. Jumlah

ion Cu yang relatif tinggi dapat membahayakan kesehatan manusia, karena

1

2

berpotensi mengganggu fungsi ginjal, kerusakan otak, dan pengendapan Cu pada

kornea mata (Manahan, 2003). Pada kondisi air permukaan tembaga dapat

meracuni tumbuhan air pada konsentrasi diatas 1 ppm dan dapat meracuni

beberapa ikan. Sifat toksik ion Cu(II) yang dapat merusak lingkungan dan

kesehatan manusia menyebabkan perlunya upaya dalam menangani air limbah

untuk mengurangi atau menghilangkan konsentrasi ion Cu(II) yang ada melalui

pengembangan metode penanganan air limbah sebelum limbah tersebut dibuang

ke perairan.

Penanganan masalah limbah ion Cu(II) sudah pernah dilakukan

sebelumnya dengan beberapa metode. Salah satu metode yang digunakan adalah

adsorpsi menggunakan lignin sebagai adsorben (Lelifajri, 2010), namun

penanganan dengan menggunakan metode adsorpsi ternyata kurang efektif, karena

limbah yang diadsorpsi tersebut akan terakumulasi dalam adsorben sehingga akan

menimbulkan masalah baru seperti dihasilkanya fasa baru yang mengandung

polutan yang lebih terkonsentrasi, selain itu metode penanggulangan limbah yang

cukup efektif seperti klorinasi dan ozonasi ternyata memerlukan biaya operasional

yang tidak sedikit (Wijaya, 2005). Penggunaan metode biosorpsi dalam

menangani logam berat ternyata juga kurang efektif, karena dalam proses

imobilisasi biomassa diperlukan banyak bahan kimia yang lain sehingga

meningkatkan biaya dalam preparasi biomassa (Fahyuddin, 2011).

Berangkat dari masalah tersebut dikembangkan sebuah metode

penanggulangan limbah logam berat dengan biaya yang relatif murah dan efisien.

metode kimia yang terbarukan dan menarik perhatian sekarang adalah dengan

3

penggunaan fotokatalis dimana limbah ion logam Cu(II) direduksi menggunakan

bantuan cahaya ultraviolet dan dipercepat dengan bantuan fotokatalis

semikonduktor TiO2 (Hatimah dkk, 2009). Keunggulan penggunaan

semikonduktor fotokatalis adalah dapat melakukan mineralisasi total terhadap

polutan organik, biaya operasional yang rendah, prosesnya relatif cepat dan

akurat, bahan yang digunakan tidak beracun dan mempunyai kemampuan

penggunaan dalam jangka panjang (Damayanti, 2005).

Semikonduktor Titanium Oksida (TiO2) merupakan bahan semikonduktor

yang menjanjikan sebagai salah satu bahan semikonduktor fotokatalis. Titanium

Oksida (TiO2) memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan bahan

semikonduktor yang lain, yaitu tidak beracun (ramah lingkungan), sangat stabil

secara kimia, relatif lebih murah, ketersediaan yang melimpah di alam,

menghasilkan hole (h+) yang sangat oksidatif dan elektron (e-) yang mampu

menghasilkan superoksida dari reduksi oksigen (Kaneko dan Okura, 2002).

Penggunaan semikonduktor Titanium Oksida (TiO2) serbuk dalam

menangani masalah logam berat masih menemukan beberapa kekurangan,

diantaranya TiO2 serbuk di dalam cairan bertubulensi tinggi tidak efisien karena

serbuk yang terdisperi dalam air tersebut sangat sulit diregenerasi dan campuran

yang keruh akibat terdispersinya TiO2 dalam cairan membuat radiasi UV tidak

mampu mengaktifkan seluruh partikel fotokatalis TiO2 (Tjahjanto dan

Gunlazuardi, 2001). Selain itu penggunaan Titanium Oksida (TiO2) serbuk dalam

menangani polutan juga diperlukan tahap pemisahan TiO2 dari suspensi,

pemisahan ini memerlukan waktu yang lama dan biaya yang mahal (Andayani dan

4

Sumartono, 2007). Oleh karena itu perlu dilakukan imobilisasi TiO2 dengan

penambahan pengemban/padatan pendukung yang memiliki sifat mudah dibentuk

dan dapat terikat secara fisik dan kimia, sehingga penggunaan TiO2 dalam

mereduksi logam berat Cu(II) aktivitasnya dapat teroptimalisasi.

Imobilisasi TiO2 ke dalam suatu pengemban memiliki beberapa

keuntungan, diantaranya dapat meningkatkan aktivitas fotokatalis karena

bertambahnya peluang kontak fotokatalis dengan senyawa target dan mampu

mempermudah proses regenerasi fotokatalis setelah penggunaan. Adanya TiO2

yang tersebar dalam material pengemban menyebabkan terjadi perubahan

karakteristik terutama sifat dispersi dalam larutan, sehingga memudahkan proses

dikembalikan ( recovery ) setelah digunakan (Subechi, 2011).

Kitosan merupakan biomolekul alternatif yang tepat karena salah satu

sifatnya yang ramah lingkungan. Polimer organik aktif kitosan dapat

meningkatkan fungsi material anorganik karena memiliki aktifitas penyerapan

yang tinggi, kompatibilitas, hidrofilisitas, biodegradasi melalui kombinasi yang

baik dengan suatu material anorganik dan sifatnya juga non toksik (Baklanova,

2011). Menurut penelitian sebelumnya Subechi (2011), Rusdi (2011) dan

Purnama (2012) yang telah melakukan preparasi campuran TiO2-kitosan

memperoleh hasil yang kurang baik, yaitu campuran yang diperoleh tidak stabil

secara mekanik dan kimia sehingga TiO2 mudah lepas dari kitosan dan mudah

terdispersi ke dalam larutan.

Berdasarkan hal tersebut diperlukan penelitian lebih lanjut untuk

memperbaiki penelitian sebelumnya dalam proses fotodegradasi dan fotoreduksi

5

terkatalisis TiO2-kitosan. Penelitian yang akan dilaksanakan adalah melalui

preparasi komposit TiO2-kitosan menggunakan metode sol-gel. Metode sol-gel

merupakan proses pembentukan senyawa anorganik melalui reaksi kimia dalam

larutan pada suhu rendah di mana dalam proses tersebut terjadi perubahan fase

dari suspensi koloid (sol) membentuk fasa cair kontinyu (gel) dan kedua fasa yang

saling terdispersi memiliki struktur jaringan internal. Dari preparasi ini diharapkan

akan memperoleh komposit TiO2-kitosan yang stabil secara fisik dan kimia.

Komposit TiO2-kitosan yang stabil secara fisik dan kimia dapat

mengoptimalkan aktivitas reduksi logam berat Cu(II) menjadi ion Cu(0) yang

lebih aman bagi lingkungan. Kemampuan komposit TiO2-kitosan dalam

mereduksi ion Cu(II) juga dipengaruhi oleh konsentrasi ion Cu(II), pH larutan,

waktu kontak dan kemampuan regenerasi TiO2-kitosan, oleh karena itu penelitian

ini juga akan mempelajari kondisi optimum untuk faktor-faktor tersebut.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah tentang keberadaan limbah logam

berat tembaga Cu(II), identifikasi masalah yang ada yaitu :

1. Limbah tembaga Cu(II) merupakan suatu jenis logam berat yang berbahaya

bagi lingkungan dan kesehatan manusia.

2. Penanganan limbah logam berat tembaga Cu(II) perlu ditingkatkan dengan

metode alternatif pengolahan limbah logam berat yang efektif sehingga limbah

logam berat tembaga Cu(II) menjadi tidak berbahaya bagi lingkungan dan

kesehatan manusia.

6

3. Mempelajari faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan optimum proses

fotoreduksi terkatalisis komposit TiO2-kitosan seperti konsentrasi tembaga

Cu(II), waktu kontak polutan dengan TiO2-kitosan dan pH larutan. Selain itu

kemampuan regenerasi komposit TiO2-kitosan optimum dalam fotoreduksi

Cu(II), yang meliputi jenis pH larutan dan jenis larutan pengelusi.

C. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah yang ada, maka penelitian ini dibatasi

dengan rincian sebagai berikut :

1. Sintesis komposit TiO2-Kitosan menggunakan metode sol-gel.

2. Pengemban kitosan yang digunakan adalah berasal dari kepiting (callinictes

sapidus) dengan derajat deasitilasi 77%.

3. Senyawa prekusor TiO2 menggunakan Titanium (IV) Isopropoksida.

D. Rumusan Masalah

Berdasarkan pembatasan masalah yang ada, maka rumusan masalah yang

diusulkan adalah :

1. Bagaimana kondisi optimum fotoreduksi Cu(II) terkatalisis komposit TiO2-

kitosan meliputi konsentrasi tembaga Cu(II), pH larutan, dan waktu kontak

optimum ?

2. Bagaimana kondisi optimum dalam proses regenerasi komposit TiO2-kitosan

dalam fotoreduksi Cu(II), yang meliputi jenis pH larutan dan jenis larutan

pengelusi ?

7

E. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah yang ada, maka tujuan dari penelitian ini

adalah :

1. Mengetahui kondisi optimum fotoreduksi Cu(II) terkatalisis komposit TiO2-

kitosan meliputi waktu kontak optimum, konsentrasi tembaga Cu(II), dan pH

larutan.

2. Mengetahui kondisi optimum dalam regenerasi komposit TiO2-kitosan dalam

fotoreduksi Cu(II) yang meliputi jenis larutan dan konsentrasi larutan

pengelusi.

F. Manfaat Penelitian

Berdasarkan masalah tentang keberadaan limbah logam berat Cu(II) yang

berbahaya bagi lingkungan, maka hasil penelitian ini diharapkan mampu

memberikan metode alternatif baru dalam menangani masalah pencemaran limbah

logam berat tembaga Cu(II) yang efektifitas life time lebih efisien. Hasil penelitian

juga dapat memberikan informasi terhadap kemampuan komposit TiO2-Kitosan

optimum dalam mereduksi logam berat tembaga Cu(II).