EFEKTIFITAS MEMBRAN KHITOSAN DARI KULIT UDANG GALAH ...

i

TESIS

EFEKTIFITAS MEMBRAN KHITOSAN DARI KULIT UDANG GALAH (Macrobanchium rosenbergii)

UNTUK MENURUNKAN FOSFAT DALAM

AIR LIMBAH LAUNDRY

NI MADE YUNARSIH

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2013

ii



AIR LIMBAH LAUNDRY

NI MADE YUNARSIH

NIM. 1092061006

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI KIMIA TERAPAN


UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2013

iii



AIR LIMBAH LAUNDRY

Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister

pada Program Magister, Program studi Kimia Terapan

Program Pascasarjana Universitas Udayana

NI MADE YUNARSIH

NIM. 1092061006

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI KIMIA TERAPAN


UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2013

iv

Lembar Pengesahan

TESIS INI TELAH DISETUJUI

TANGGAL 16 September 2013

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Ketut Gede Dharma Putra, M.Sc Dr. Manuntun Manurung, M.S

NIP. 19601007 198603 1 001 NIP. 19610525 199009 1 001

Mengetahui

Ketua Program Studi Kimia Terapan, Direktur

Program Pascasarjana Program Pascasarjana

Universitas Udayana Universitas Udayana

Prof. Dr. I Made Dira Swantara, M.Si Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi,Sp.S(K)

NIP. 19540101 198603 1 001 NIP. 19590215 198510 2 001

v

Tesis Ini Telah Diuji pada

Tanggal 16 September 2013

Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana

No: tanggal 16 September 2013

Ketua : Dr. Drs. Ketut Gede Dharma Putra, M.Sc.

Sekretaris : Dr. Drs. Manuntun Manurung, M.S.

Anggota :

1. Prof. Dr. Drs. I Made Dira Swantara, M.Si.

2. Prof. Dr. Ir. Ida Bagus Putra Manuaba, M.Phil.

3. Dr. Dra. Ni Made Suaniti, M.si.

vi

UCAPAN TERIMAKASIH

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa/ Ida Sang

Hyang Widhi Wasa , karena atas berkat dan rahmat-Nya tesis ini dapat

diselesaikan.

Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terimakasih

yang sebesar-besarnya kepada Dr. Drs. Ketut Gede Dharma Putra, M.Sc. dan Dr.

Drs. Manuntun Manurung, M.S. sebagai pembimbing I dan II yang dengan

sungguh-sungguh memberikan dorongan, semangat dan bimbingan selama penulis

menyelesaikan tesis ini.

Penulis juga mengucapkan terimakasih yang tulus kepada Ketua Program

Studi Kimia Terapan, Program Pascasarjana Universitas Udayana yang dijabat

oleh Prof. Dr. Drs. I Made Dira Swantara, M.Si. atas kesempatan dan petunjuk

yang diberikan sehingga penulis bisa mengikuti dan menyelesaikan pendidikan di

Program Pascasarjana Universitas Udayana. Ucapan terimakasih penulis juga

disampaikan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana yang

dijabat oleh Prof. Dr. dr. A. A. Raka Sudewi, Sp.S(K) atas kesempatan yang telah

diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menjadi mahasiswa Program

Pascasarjana Universitas Udayana. Terimakasih sepenuhnya penulis ucapkan

kepada para penguji tesis yaitu Prof. Dr. Drs. I Made Dira Swantara, M.Si. Prof.

Dr. Ir. Ida Bagus Putra Manuaba, M.Phil. Dr. Dra. Ni Made Suaniti, M.si. yang

telah berkenan memberikan saran, masukan dan kritikan yang bersifat

membangun sehingga tesis ini menjadi lebih baik. Ucapan terimakasih juga

penulis tujukan kepada semua pihak yang telah mendukung dan membantu

sampai penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa/ Ida Sang Hyang Widhi Wasa senantiasa

memberikan rahmatnya dan menunjukkan cahaya terang dalam setiap langkah kita

semua untuk memajukan ilmu pengetahuan.

Denpasar, 16 September 2013

Penulis

vii

ABSTRAK

EFEKTIFITAS MEMBRAN KHITOSAN DARI KULIT UDANG GALAH

(Macrobanchium rosenbergii) UNTUK MENURUNKAN FOSFAT DALAM

AIR LIMBAH LAUNDRY

Penanggulangan terhadap pencemaran air limbah yang mengandung

senyawa fosfat terutama yang berasal dari air limbah laundry dapat dilakukan

dengan menggunakan teknologi membran. Membran dapat dibuat dari bahan

polimer alam yaitu senyawa khitosan yang diperoleh dari khitin yang terdapat di

dalam kulit udang. Khitin yang diperoleh dari kulit udang galah dapat diubah

menjadi khitosan melalui proses deasetilasi dengan menggunakan NaOH 50%.

Kualitas khitosan yang diperoleh pada penelitian ini ditentukan dengan FTIR

diperoleh derajat deasetilasi (DD) 66.27%. Khitosan dilarutkan dalam asam asetat

1%, selanjutnya digunakan untuk membuat membran dengan variasi konsentrasi

khitosan 1%, 2%, 3%, 4% dan 5%. Membran tersebut digunakan untuk

menurunkan kadar foksfat larutan standar KH2PO4 10 ppm dengan waktu kontak

30, 60, 90 dan 120 menit.

Membran khitosan 3% dan waktu kontak 60 menit merupakan membran

terbaik karena mampu menurunkan kadar fosfat larutan standar KH2PO4 10 ppm

secara optimal. Kondisi ini diaplikasikan untuk menurunkan kadar fosfat total

yang terdapat dalam air limbah laundry. Hasil pengamatan menunjukkan dapat

menurunkan kadar fosfat total sampai 97.40% setelah dilakukan filtrasi empat kali

dan perubahan pH larutan dari 9 menjadi 8.

Kata kunci : Derajat deasetilasi, Membran Khitosan, Fosfat.

viii

ABSTRACT

THE EFFECTIVENESS OF CHITOSAN MEMBRANE MADE OF

CRAYFISH SHRIMP SHELL (Macrobanchium Rosenbergii) TO REDUSE

PHOSPHATE IN WASTEWATER OF LAUNDRY

Countermeasures against pollution waste water containing phosphate

compounds derived primarily from laundry wastewater can be performed using

membrane technology . Membranes can be made from natural polymers are

compounds derived from chitin chitosan contained in the shrimp shells. Chitin

obtained from prawn shell can be converted to chitosan by deacetylation process

using 50% NaOH. Quality chitosan obtained in this study was determined by

FTIR obtained degree of deacetylation ( DD ) 66.27 %. Chitosan dissolved in 1%

acetic acid, then used to make membranes with various concentrations of chitosan

1%, 2%, 3%, 4% and 5%. The membrane is used to reduce levels of phosphate

standard solution of KH2PO4 10 ppm with a contact time 30, 60, 90 and 120

minutes.

3 % chitosan membrane and contact time of 60 minutes is the best because

the membrane is able to reduce levels of phosphate standard solution of 10 ppm

KH2PO4 optimally. This condition is applied to reduce the total phosphate content

contained in laundry wastewater. The results showed lower levels of phosphate

can total up to 97.40 % after filtration four times and the pH of the solution

changes from 9 to 8.

Keyword : degree of deacetylation, chitosan membrane, phosphate.

ix

RINGKASAN

EFEKTIFITAS MEMBRAN KHITOSAN DARI KULIT UDANG GALAH

(Macrobanchium rosenbergii) UNTUK MENURUNKAN FOSFAT DALAM

AIR LIMBAH LAUNDRY

Usaha pelestarian lingkungan dan upaya menekan timbulnya dampak

terhadap pencemaran lingkungan dari limbah cair yang berasal dari limbah

laundry dapat dilakukan dengan menggunakan metode dari yang paling sederhana

sampai penggunaan teknologi membran. Membran merupakan suatu selaput

semipermaeabel yang dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan material

yang lain. Membran dapat dibuat dari bahan polimer ataupun keramik, pada

penelitian ini dipilih polimer yang melimpah keberadaannya di alam seperti

senyawa khitosan yang terdapat pada khitin dari kulit udang.

Penelitian ini berjudul “Efektifitas Membran Khitosan dari Kulit Udang

Galah (Macrobanchium rosenbergii) untuk Menurunkan Fosfat dalam Air Limbah

Laundry” bertujuan untuk mengetahui pada konsentrasi berapa khitosan sebagai

membran dapat menurunkan kadar fosfat total termasuk mengetahui besarnya

fluks yang dihasilkan dari membran khitosan. Senyawa khitosan dapat diperoleh

dari proses deasetilasi khitin dengan basa kuat. Khitosan yang dihasilkan dari

penelitian ini memiliki derajat deasetilasi (DD) 66.27% dan digunakan membuat

membran dengan melarutkan khitosan dalam asam asetat 1%. Membran khitosan

dibuat dalam berbagai kosentrasi khitosan mulai dari 1%, 2%, 3%, 4% dan 5%,

selanjutnya dipergunakan untuk menurunkan kadar fosfat dalam larutan standar

fosfat 10 ppm dengan waktu kontak 30, 60, 90 dan 120 menit.

Membran khitosan secara optimum dapat menurunkan kadar fosfat dalam

larutan standar fosfat 10 ppm yaitu pada konsentrasi 3% dan waktu kontak 60

menit. Kondisi ini diaplikasikan untuk menurunkan kadar fosfat total yang

terdapat pada air limbah laundry. Melalui proses penyaringan (filtrasi) bertingkat

diperoleh penurunan kadar fosfat total dalam air limbah laundry mencapai 97.40%

setelah empat kali filtrasi sedangkan fluks membran optimum dengan melewatkan

air pada membran khitosan diperoleh pada konsentrasi membran 3%.

x

DAFTAR ISI

Halaman

SAMPUL ....................................................................................................... i

ABSTRAK .................................................................................................... v

ABSTRACT .................................................................................................. vi

RINGKASAN ............................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................. viii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ..................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................ 5

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................ 5

1.4 Manfaat Penelitian ............................................................... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Detergen ............................................................................... 7

2.1.1 Fosfat ......................................................................... 9

2.1.2 Pemisahan Fosfat ...................................................... 11

2.2 Pengertian Membran Secara Umum .................................... 11

2.2.1 Parameter Utama Proses Pemisahan Membran ........ 13

2.2.2 Model Aliran Umpan pada Membran ...................... 16

2.3 Klasifikasi Membran ............................................................ 17

2.3.1 Membran Ultrafiltrasi ............................................... 18

2.3.2 Mekanisme Transfort pada Membran UF ................ 21

2.4 Khitin dan Khitosan ............................................................. 25

2.5 Derajat Deasetilasi ............................................................... 31

2.6 Tinjauan tentang Spektro Ultra Violet-Visible (UV-Vis) .... 32

xi

BAB III KERANGKA KONSEP DAN HIPOTESIS

3.1. Kerangka Konsep ................................................................. 35

3.2. Hipotesis ............................................................................... 37

BAB IV METODE PENELITIAN

4.1 Metode Penelitian................................................................. 38

4.2 Ruang Lingkup Penelitian .................................................... 38

4.3 Rancangan Penelitian ........................................................... 38

4.4 Tempat dan Waktu Penelitian .............................................. 39

4.5 Bahan dan Alat Penelitian .................................................... 39

4.5.1 Bahan Penelitian ......................................................... 39

4.5.2 Alat Penelitian ............................................................ 39

4.6 Prosedur Penelitian............................................................... 40

4.6.1 Isolasi Khitin dari Kulit Udang ................................ 40

4.6.1.1 Pembuatan Tepung Kulit Udang ................ 40

4.6.1.2 Proses Deproteinasi .................................... 40

4.6.1.3 Proses Demineralisasi ................................ 41

4.6.1.4 Proses Depigmentasi .................................. 41

4.6.1.5 Uji Khitin ................................................... 41

4.6.2 Proses Deasetilasi Khitin menjadi Khitosan ............ 42

4.6.3 Pembuatan Membran Khitosan ................................ 42

4.6.4 Analisis Uji Tarik ..................................................... 43

4.6.5 Analisis Fosfat dalam Air Limbah Laundry dengan

Spektro UV-Vis ........................................................ 43

4.6.6 Proses Pengolahan air Limbah Laundry dengan

Membran Khitosan ................................................... 43

BAB V HASIL PENELITIAN

5.1 Isolasi Khitin dari Kulit udang ............................................. 45

5.1.1 Tepung Kulit Udang ................................................ 45

5.1.2 Proses Deproteinasi .................................................. 45

5.1.3 Proses Demineralisasi .............................................. 46

xii

5.1.4 Uji Khitin ................................................................. 47

5.2 Proses Deastilasi Khitin Menjadi Khitosan.......................... 47

5.3 Pembuatan Membran Khitosan ............................................ 48

5.4 Analisis Uji Tarik ................................................................. 49

5.5 Pembuatan Kurva Kalibrasi dengan Larutan

Standar Fosfat ...................................................................... 55

5.6 Hasil Pengukuran Fluks Membran Khitosan

Menggunakan Air................................................................. 55

5.7 Proses Pengolahan Air Limbah Laundry dengan

Membran Khitosan ............................................................... 56

BAB VI PEMBAHASAN

6.1 Isolasi Khitin dari Kulit udang ............................................. 58

6.1.1 Proses Deproteinasi ................................................. 58

6.1.2 Proses Demineralisasi .............................................. 58

6.2 Proses Deastilasi Khitin Menjadi Khitosan.......................... 60

6.3 Pembuatan Membran Khitosan ............................................ 61

6.4 Analisis Uji Tarik ................................................................. 62

6.5 Pembuatan Kurva Kalibrasi Standar Fosfat ......................... 64

6.6 Perhitungan Fluks Membran Khitosan dengan

Menggunakan Air................................................................. 64

6.7 Proses Pengolahan Air Limbah Laundry dengan


BAB VII SIMPULAN DAN SARAN

7.1 Simpulan .............................................................................. 69

7.2 Saran ..................................................................................... 69

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 71

LAMPIRAN .............................................................................................. 76

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halamam

Gambar 2.1. Lambang Umum untuk Surfaktan ........................................ 8

Gambar 2.2. Proses Pemisahan Membran ................................................ 12

Gambar 2.3. Fluks sebagai Fungsi dari Waktu ......................................... 15

Gambar 2.4. Model Proses Aliran Umpan pada Operasi Membran ......... 17

Gambar 2.5. Struktur Cross-Section Membran UF Simetrik dan

Asimetrik .............................................................................. 20

Gambar 2.6. Konsep Dasar Pemisahan dengan Membran dan Polarisasi

Konsentrasi pada Kondisi Steady-State ............................... 22

Gambar 2.7. Tipe Resistensi pada Membran saat Perpindahan Massa

Melewati Membran dengan Driving Force Tekanan ........... 25

Gambar 2.8. Struktur Senyawa Khitin ...................................................... 26

Gambar 2.9. Adisi Nukleofilik Bentuk Anion .......................................... 29

Gambar 2.10. Transfer Proton pada Anion ................................................. 30

Gambar 2.11. Tahap Protonasi pada Nitrogen Amida ................................ 30

Gambar 2.12. Tahap Pelepasan N Terprotonasi ......................................... 31

Gambar 2.13. Mekanisme Serapan UV-Vis................................................ 34

Gambar 3.1. Kerangka Konsep Penelitian ................................................ 37

Gambar 5.1.a. Kulit Udang ......................................................................... 45

Gambar 5.1.b. Tepung Kulit Udang ............................................................. 45

Gambar 5.2.a. Pengaduk Magnetik .............................................................. 46

Gambar 5.2.b. Khitin Kasar ......................................................................... 46

Gambar 5.3. Khitin ................................................................................... 46

Gambar 5.4. Khitosan ............................................................................... 48

Gambar 5.5. Membran Khitosan ............................................................... 49

Gambar 6.1. Grafik Hubungan antara Tegangan dan Regangan


xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Karakteristik Khitin Kulit Udang ............................................. 27

Tabel 2.2. Karakteristik Khitosan Kulit Udang ......................................... 29

Tabel 5.1. Hasil Karakteristik Khitin Kulit Udang .................................... 47

Tabel 5.2. Hasil Karakteristik Khitosan Kulit Udang ................................ 48

Tabel 5.3. Data Uji Tarik Membran Khitosan 1% ..................................... 50




Tabel 5.7. Data Uji TarikMembran Khitosan 5% ...................................... 54

Tabel 5.8. Absorbansi Larutan Standar Fosfat ........................................... 55

Tabel 5.9. Fluks Membran Khitosan .......................................................... 56

Tabel 5.10. Absorbansi Permeat Larutan Standar Fosfat 10 ppm ............... 56

Tabel 5.11. Karakteristik Air Limbah Laundry ........................................... 57

Tabel 5.12. Konsentrasi Permeat Air Limbah Laundry ............................... 57

Tabel 6.1. Hasil Uji Tarik Membran Khitosan .......................................... 63

Tabel 6.2. Hasil Perhitungan Fluks Membran Khitosan ............................ 65

Tabel 6.3. Konsentrasi Standar Fosfat 10 ppm sebelum dan

setelah Perlakuan ...................................................................... 67

Tabel 6.4. Konsentrasi Fosfat dalam Air Limbah Laundry

sebelum dan setelah Perlakuan ................................................. 67

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Skema Isolasi Khitin dari Kulit Udang menjadi Khitosan ....... 77

Lampiran 2 Skema Pembuatan Membran Khitosan ..................................... 78

Lampiran 3 Uji Tarik Membran Khitosan Menggunakan Alat

Screw Test Stand ...................................................................... 80

Lampiran 4 Skema Penggunaan Membran Khitosan untuk Penurunan

Kadar Fosfat dalam Larutan Standar Fosfat (Larutan

KH2PO4 10 ppm) ...................................................................... 86

Lampiran 5 Skema Mekanisme Penggunaan Membran Khitosan ............... 87

Lampiran 6 Perhitungan Kurva Kalibrasi Standar Fosfat ............................ 88

Lampiran 7 Perhitungan Konsentrasi Larutan Standar Fosfat 10 ppm

setelah di lewatkan pada Membran Khitosan berbagai

Konsentrasi dan Waktu Kontak ................................................ 90

Lampiran 8 Perhitungan Data Statistik Absorbansi Larutan Standar

Fosfat 10 ppm setelah di lewatkan pada Membran Khitosan

(1%, 2%,3%, 4% dan 5%) dan Waktu Kontak 30, 60, 90

dan 120 menit ............................................................................ 92

Lampiran 9 Perhitungan Derajat Deasetilasi Senyawa Khitosan

dengan Metode Garis ................................................................ 97

Lampiran 10 Perhitungan Persentase deasetilasi khitin menjadi

Khitosan .................................................................................... 98

Lampiran 10 Spektra FTIR Senyawa Khitin .................................................. 99

Lampiran 11 Spektra FTIR Senyawa Khitosan .............................................. 100

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air merupakan sumber kehidupan, setiap saat semua mahluk hidup

memerlukan air untuk keperluan aktifitas hidupnya. Penggunaan air setiap hari

semakin banyak dan dalam proses pemakaiannya dipastikan menghasilkan sisa

buangan yang berupa limbah, bahkan 85% limbah masuk ke badan perairan.

Limbah cair yang di buang begitu saja ke badan perairan dalam waktu yang lama

dapat menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan. Pencemaran limbah cair

bisa bersumber dari limbah industri, limbah rumah tangga, ataupun limbah yang

berasal dari proses pencucian pakaian oleh jasa laundry yang selanjutnya bisa juga

disebut sebagai air limbah domestik. Keputusan Menteri Negara Lingkungan

Hidup Nomor 112 Tahun 2003, pasal 1 ayat 1 menyebutkan bahwa air limbah

domestik adalah air limbah yang berasal dari usaha dan atau kegiatan

permukiman, rumah makan, perkantoran, perniagaan, apartemen dan asrama.

Limbah cair termasuk limbah yang mempunyai sifat cair dimana

komposisinya terdiri atas 99,9% air dan sisanya adalah bahan padat (Mahida,

1995). Limbah dapat berbentuk bahan tersuspensi atau lainnya dalam bentuk

terlarut. Menurut Soemirat (2003), air bekas cucian, bekas kamar mandi, bekas

cuci perabot dikatagorikan sebagai limbah yang mengandung detergen, sabun dan

mikroorganisme. Detergen atau sabun paling banyak dipakai dalam mencuci

pakaian sehari-hari. Tingkat kesibukan seseorang menyebabkan semakin banyak

orang yang menggunakan jasa laundry untuk mencuci pakaian. Oleh karena itu

2

penggunaan detergen semakin banyak pula. Limbah laundry sering dibuang

langsung ke saluran air (got) tanpa adanya pengolahan sebelumnya, jika terus

menerus dilakukan dapat menyebabkan dampak yang merugikan bagi

kelangsungan lingkungan hidup. Detergen umumnya tersusun atas tiga komponen

utama terdiri atas surfaktan (sebagai bahan dasar detergen) antara 20– 30%, bahan

builder (senyawa fosfat) antara 70-80%, dan bahan aditif (pemutih, pewangi)

antara 2-8%. Kandungan senyawa fosfat dalam detergen cukup besar sehingga

limbah dari proses pencucian mempunyai kandungan fosfat yang cukup tinggi.

Senyawa fosfat dalam air limbah dapat berupa senyawa ortofosfat,

polifosfat, dan fosfat organik. Setiap senyawa tersebut terdapat dalam bentuk

terlarut, tersuspensi atau terikat di dalam sel organisme dalam air. Sumber utama

pencemaran fosfat yaitu 10% dari proses alamiah, 7% industri, 11% detergen,

17% pupuk pertanian, 23% limbah manusia, dan 32% limbah peternakan.

Keberadaan fosfat yang berlebihan di badan air menyebabkan suatu fenomena

eutrofikasi. Air dikatakan eutrofik jika konsentrasi fosfat dalam air 35-100 μg/L.

Kondisi eutrofik, sangat memungkinkan alga dan tumbuhan air berukuran mikro

tumbuh berkembang biak dengan cepat. Keadaan ini menyebabkan kualitas air

menjadi menurun, karena rendahnya konsentrasi oksigen terlarut bahkan sampai

batas nol, sehingga menyebabkan kematian makhluk hidup air seperti ikan dan

spesies lain yang hidup di air.

Upaya penanggulangan limbah cair, metode yang digunakan diantaranya

pengolahan limbah secara fisik, kimia dan biologi atau kombinasinya untuk

mengatasi pencemaran. Umumnya pengolahan limbah cair secara kimia dilakukan

dengan proses koagulasi-flokulasi, sedimentasi dan secara floatasi dengan

3

menggunakan udara terlarut, serta pengolahan limbah cair secara biologi yaitu

proses aerob dan anaerob. Proses kimia seringkali kurang efektif dikarenakan

biaya untuk pembelian bahan kimianya cukup tinggi dan umumnya pengolahan

limbah dengan menggunakan bahan kimia akan menghasilkan lumpur (sludge)

yang cukup banyak. Pengolahan limbah cair secara floatasi akan menggunakan

energi yang cukup tinggi, sedangkan proses pengolahan secara biologi

memerlukan lahan yang cukup luas. Sehingga menimbulkan pemikiran untuk

mengembangkan dan memodifikasi teknologi baru untuk pengolahan limbah cair

(limbah laundry) yaitu dengan teknologi membran. Membran merupakan suatu

lapisan penghalang (barrier) atau pembatas selektif yang di letakkan antara dua

fase bersifat semipermeabel yang dapat melewatkan komponen tertentu dan

menahan komponen yang lain (Mulder, 1996).

Pemanfaatan teknologi membran merupakan teknologi yang ramah

lingkungan karena tidak menimbulkan dampak yang buruk bagi lingkungan.

Teknologi membran ini dapat mengurangi senyawa organik dan anorganik yang

berada dalam air tanpa menggunakan bahan kimia dalam pengoperasiannya

(Wenten, 1999). Membran ultrafiltrasi adalah teknik pemisahan dengan

menggunakan membran untuk menghilangkan zat terlarut dengan bobot molekul

(BM) tinggi, koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air. Proses

pemisahan menggunakan membran ultrafiltrasi biasanya digunakan di bidang

industri dan penelitian untuk penjernihan air karena pada umumnya mempunyai

ukuran pori 0.1 – 0.01 µm. Kemampuan membran ultrafiltrasi dalam merejeksi

COD (Chemical Oxygen Demand) pada pengolahan limbah emulsi minyak

dengan sistem aliran dead-end mencapai 90% (Zulkarnein dkk, 2004). Tingkat

4

rejeksi zat organik dengan membran ultrafiltrasi sistem aliran dead-end pada

pengolahan air waduk mencapai 90% (Deniva dkk, 2004). Tingkat rejeksi COD

pada pengolahan limbah cair emulsi minyak dengan membran ultratrafiltrasi yang

didahului dengan proses pretreatment dengan koagulan jenis Poly Aluminium

Chloride (PACl) mencapai 98,56% (Mayashanty dkk, 2004). Membran

ultrafiltrasi yang sering digunakan dalam proses pengolahan air adalah membran

terbuat dari selulosa asetat, polisulfon, dan poliakrilonitril (suatu polimer) yang

harganya cukup mahal. Oleh karena itu diperlukan suatu bahan baku alternatif

yang lebih mudah dan murah dengan memanfaatkan khitosan sebagai bahan

pembuatan membran yang juga merupakan suatu polimer yang ramah lingkungan.

Khitosan pertama kali ditemukan oleh Rauget pada tahun 1859 dengan

cara merefluk khitin dengan KOH pekat, dan tahun 1934 dua paten didapat oleh

Rigby yaitu penemuan mengenai pengubahan khitin menjadi khitosan dan

pembuatan membran dari serat khitosan. Senyawa khitin pada kulit udang diubah

menjadi khitosan berpotensi sebagai bahan pembuatan membran, karena khitin

merupakan polimer alam yang melimpah keberadaaanya, mempunyai

karakteristik yang baik seperti dapat terbiodegradasi (mudah terurai), tak beracun

dan khitin dapat diubah menjadi khitosan dengan proses yang sederhana. Khitosan

mempunyai reaktifitas yang tinggi karena memiliki gugus amina bebas yang

bersifat nukleofil kuat (Marganof, 2003). Adanya gugus amina bebas pada

khitosan dapat membentuk ikatan hidrogen intermolekuler atau intramolekuler

sehingga menyebabkan khitosan tidak larut dalam air tapi larut dalam pelarut

asam lemah. Khitosan merupakan polimer alam dapat menawarkan pendekatan

sebagai alat biokontrol dalam bidang pengolahan air. Menurut Liu (2003)

5

membran khitosan dapat digunakan sebagai adsorben karena khitosan dalam

bentuk membran mempunyai luas permukaan yang lebih besar daripada dalam

bentuk serpihan dan dapat meningkatkan kapasitas adsorpsinya. Oetomo (2004)

menyatakan bahwa penggunaan khitosan sebagai adsorben dapat digunakan untuk

menurunkan kadar logam Cu pada pelapisan logam sampai 98,62% dengan

metode jartes, selain itu khitosan juga dapat dibentuk menjadi film tipis (Hassan

dan Sulaiman, 1996). Pada penelitian ini, membran khitosan dibuat menggunakan

bahan baku kulit udang, proses pembuatannya yaitu pertama dilakukan ekstraksi

khitin selanjutnya diubah menjadi khitosan kemudian dibuat menjadi membran

dengan melarutkan khitosan dalam asam asetat dalam berbagai konsentrasi, yang

aplikasinya digunakan untuk menurunkan kadar fosfat dalam air limbah laundry.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, ada beberapa masalah di dalam penelitian ini

yaitu :

1. Berapakah tingkat kemurnian khitosan yang diperoleh dari khitin kulit

udang yang ditandai dengan derajat deasetilasi?

2. Berapakah konsentrasi optimum khitosan sebagai membran dan pada

waktu kontak optimum dapat menurunkan kadar fosfat optimum dalam air

limbah laundry?

3. Berapakah fluks terbaik (jumlah volume permeat yang melewati satuan

luas membran dalam waktu tertentu)?

6

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Mengetahui tingkat kemurnian khitosan yang diperoleh dari khitin kulit

udang.

2. Membuat membran khitosan dan mengetahui pada konsentrasi serta waktu

kontak, membran secara optimum dapat menurunkan kadar fosfat total

dari limbah laundry.

3. Mengetahui fluks (jumlah volume permeat melewati permukaan membran

dalam waktu optimum).

1.4. Manfaat Penelitian

Dapat memberikan informasi kepada pemangku kepentingan baik instansi

atau lembaga yang bergerak dibidang pengolahan limbah tentang penggunaan

khitosan sebagai membran dalam menurunkan kadar fosfat dalam air limbah

laundry dan aktifitas lain yang penghasil limbah sejenis, sehingga tingkat

pencemaran fosfat terhadap lingkungan dapat diturunkan.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Detergen

Detergen berasal dari kata detergree yang merupakan bahasa latin

mempunyai arti membersihkan. Detergen merupakan penyempurnaan dari produk

sabun. Kelebihannya dibandingkan sabun adalah bisa mengatasi air sadah dan

larutan asam, serta harganya lebih murah. Detergen sering disebut dengan istilah

detergen sintetis yang dibuat dari bahan-bahan sintetis (Zoller, 2004). Detergen

umumnya terdiri atas tiga komponen yaitu, surfaktan (sebagai bahan dasar

detergen LAS, ABS), bahan builders (senyawa fosfat) dan bahan aditif (pemutih

dan pewangi). Komponen terbesar dari detergen yaitu bahan builders antara 70-

80%, bahan dasar sekitar 20-30%, dan bahan aditif relatif sedikit antara 2-8%.

Surfaktan (surface active agents), merupakan senyawa yang dapat

menurunkan tegangan permukaan air. Molekul surfaktan mempunyai suatu ujung

hidrofobik (satu rantai hidrokarbon atau lebih) dan satu ujung hidrofilik. Porsi

hidrokarbon dari suatu molekul surfaktan harus mengandung 12 atom karbon atau

lebih agar efektif. Molekul-molekul dan ion-ion yang diadsorbsi pada antar muka

dinamakan surface aktive agent atau surfaktan. Nama lainnya adalah amfifil, yang

menunjukkan bahwa molekul atau ion tersebut mempunyai affinitas tertentu

terhadap baik pelarut polar maupun non polar. Hal ini tergantung dari jumlah dan

sifat dari gugus-gugus polar dan non polar yang ada padanya, amfifil dapat

bersifat hidrofilik (suka air), lipofilik (suka minyak) atau bersifat seimbang di

8

antara dua sifat yang ekstrim tersebut. Lambang dari surfaktan terlihat seperti

Gambar 2.1.

Ekor hidrofobik kepala hidrofilik

Gambar 2.1. Lambang umum untuk Surfaktan

Builder adalah suatu bahan yang dapat menambah kerja dari bahan

penurun tegangan permukaan dengan cara menonaktifkan mineral penyebab

kesadahan air. Builders digunakan untuk melunakkan air sadah dengan cara

mengikat mineral-mineral yang terlarut, sehingga surfaktan dapat berkonsentrasi

pada fungsi utamanya. Builder juga membantu menciptakan kondisi keasaman

yang tepat agar proses pembersihan dapat berlangsung lebih baik serta membantu

mendispersikan dan mensuspensikan kotoran yang telah lepas (Meyer, 2006).

Dalam pembuatan detergen, builder sering ditambahkan dengan maksud

menambah kekuatan daya cuci dan mencegah mengendapnya kembali kotoran-

kotoran yang terdapat pada pakaian yang akan dicuci. Contoh builder yang sering

digunakan: Sodium Tri Poli Fosfat (STPP), Nitril Tri Acetat (NTA).

Bahan tambahan (aditif) digunakan untuk membuat produk lebih menarik,

misalnya pewangi, pemutih, pelembut, pewarna, dan lain sebagainya. Bahan ini

tidak berhubungan langsung dengan daya cuci detergen, bahan ini ditambahkan

lebih untuk maksud komersialisasi produk. Salah satu contoh dari bahan aditif

adalah Carboxyl Methyl Cellulose (CMC). Bahan ini berbentuk serbuk putih dan

9

berfungsi untuk mencegah kembalinya kotoran ke pakaian sehingga disebut

antiredeposisi. Selain CMC, masih banyak macam dari bahan aditif ini, tetapi

pada umumnya merupakan rahasia dari tiap-tiap perusahaan. Ini sebenarnya

merupakan tantangan bagi pelaku wirausaha untuk selalu mencari bahan aditif ini

sehingga produk deterjen bubuk mempunyai nilai lebih dan berdaya saing tinggi.

2.1.1. Fosfat

Menurut Hammer dan Viesman (2005) bentuk utama dari fosfor dalam

limbah domestik cair adalah fosfor organik, orthofosfat (H2PO4- , HPO4

2-, PO4

3-)

dan polifosfat. Orthofosfat banyak dijumpai pada air buangan yang telah tercemari

pupuk. Terdapat tiga asam fosfat asam orthofosfat H3PO4, asam pirofosfat

H4P2O7, dan asam metafosfat HPO3. Diantara ketiga asam fosfat tersebut yang

paling stabil adalah orthofosfat. Larutan piro dan metafosfat berubah menjadi

orthofosfat perlahan-lahan pada suhu biasa, dan lebih cepat dengan dididihkan.

Asam orthofosfat adalah asam berbasa-tiga, yang membentuk tiga deret garam

orthofosfat primer misalnya NaH2PO4, orthofosfat sekunder Na2HPO4, orthofosfat

tersier Na3PO4. Jika suatu larutan asam orthofosfat dinetralkan dengan natrium

hidroksida dengan memakai metil jingga sebagai indikator, titik netral dicapai bila

asam itu telah diubah menjadi fosfat primernya. Menggunakan fenolftalien

sebagai indikator larutan akan bereaksi netral bila fosfat sekundernya terbentuk,

dengan 3 mol alkali akan terbentuk fosfat tersier atau fosfat normalnya. NaH2PO4

bersifat netral terhadap metil jingga dan asam terhadap fenolftalien. Na2HPO4

bersifat netral terhadap fenolftalien dan basa terhadap metil jingga, Na3PO4

bersifat basa terhadap kebanyakan indikator karena hidrolisisnya yang luas

(Vogel, 1985).

10

Tipe polifosfat adalah sodium hexa meta fosfat Na3(PO3)6 dan sodium

pirofosfat Na4P2O7. Polifosfat berasal dari air buangan penduduk dan industri

yang menggunakan detergen mengandung fosfat. Komponen fosfat dipergunakan

untuk membuat detergen sebagai pembentuk buih. Sedangkan fosfat organik

terdapat dalam air buangan penduduk (tinja) dan sisa makanan. Fosfat organik

dapat pula terjadi dari orthofosfat yang terlarut melalui proses biologis karena

baik bakteri maupun tanaman menyerap fosfat bagi pertumbuhannya. Adanya

fosfat dalam air limbah dapat menghambat penguraian pada proses biologis

(Saefumilah, 2006). Konsentrasi rata-rata fosfor keseluruhan sebanyak 10 mg/l

berada dalam air limbah perkotaan, kira-kira 10% dibuang sebagai bahan tak

terpakai selama pengendapan primer dan 10% hingga 20% lainnya digabungkan

ke dalam sel-sel bakteri selama pengolahan biologis. Sisa yang 70% dari fosfor

yang masuk pada umumnya dilepaskan bersama buangan instalasi sekunder .

Bila kadar fosfat pada air alam sangat rendah (<0,01 mg/l), pertumbuhan

tanaman dan ganggang akan terhalang, keadaan ini dinamakan “oligotrop”.

Pembuangan limbah yang banyak mengandung fosfat ke dalam badan air dapat

menyebabkan pertumbuhan lumut dan mikroalga yang berlebih yang disebut

“eutrophication”, sehingga air menjadi keruh dan berbau karena pembusukan

lumut-lumut yang mati. Pada keadaan “eutrotop” tanaman dapat menghabiskan

oksigen dalam air pada malam hari atau bila tanaman tersebut mati dan dalam

keadaan sedang mencerna (digest). Saat siang hari pancaran sinar matahari ke

dalam air akan berkurang, sehingga proses fotosintesis yang dapat menghasilkan

oksigen juga berkurang.

11

2.1.2. Pemisahan Fosfat

Pemisahan fosfat secara umum meliputi 2 langkah yaitu :

a. Merubah bentuk fosfor menjadi ortofosfat yang larut.

b. Menentukan secara kolorimetris ortofosfat yang larut.

Pemisahan fosfor kedalam bentuk ortofosfat didefinisikan secara teknis

dapat dipergunakan untuk tujuan interpretasi, dimana pemisahan atau penyaringan

menggunakan filter membran 0,45 μm dapat dipergunakan untuk membedakan

antara fosfat total dan fosfat terlarut. Fosfat yang dapat langsung diperiksa secara

kolorimetris melalui perombakan secara oksidatif dengan pemanasan sampel

disebut sebagai fosfor reaktif atau ortofosfat (terdapat dalam bentuk terlarut dan

partikel). Hidrolisis dengan asam pada titik didih air mengubah fosfat dalam

bentuk terlarut atau fosfat partikulat yang berkondensasi menjadi ortofosfat

terlarut (dikenal dengan istilah fosfat terhidrolisis asam). Metode kolorimetris

yang dipergunakan adalah metode asam askorbat, yaitu menggunakan ammonium

molibdat dan potassium antimonil tartrat dalam media asam dengan ortofosfat

untuk membentuk asam heteropoli-asam fosfomolibdat yang tereduksi menjadi

molybdenum yang berwarna biru oleh asam askorbat. Warna ini sebanding

dengan konsentrasi fosfat yang ditentukan dengan menggunakan spektrofotometer

(Effendi, 2003).

2.2. Pengertian membran secara umum

Kata membran berasal dari bahasa Latin Membrana yang berarti potongan

kain. Operasi membran dapat diartikan sebagai proses pemisahan dua atau lebih

komponen dari aliran fluida melalui suatu membran. Membran memiliki

ketebalan yang berbeda-beda, ada yang tebal dan ada juga yang tipis serta ada

12

yang homogen dan yang heterogen. Ditinjau dari bahannya membran terdiri atas

bahan alami dan bahan sintetis. Bahan alami adalah bahan yang berasal dari alam

misalnya pulp dan kapas, sedangkan bahan sintetis dibuat dari bahan kimia,

misalnya polimer polisulfon, akrilik, poliakrilat.

Membran berfungsi sebagai penghalang (Barrier) yang sangat selektif

diantara dua fasa, hanya dapat melewatkan komponen (ion-ion) tertentu dan

menahan komponen lain dari suatu aliran fluida yang dilewatkan melalui

membran (Mulder, 1996). Komponen aktif membran adalah suatu senyawa

bermuatan atau netral yang mampu membentuk senyawa kompleks dengan ion-

ion secara reversible dan mambawanya melalui membran organik. Larutan yang

mengandung komponen yang tertahan disebut retentat dan larutan yang mengalir

disebut permeat. Filtrasi dengan menggunakan membran selain berfungsi sebagai

sarana pemisahan juga berfungsi sebagai sarana pemekatan dan pemurnian dari

suatu larutan yang dilewatkan pada membran tersebut. Proses membran

melibatkan umpan (cair dan gas), dan gaya dorong (driving force) akibat

perbedaan tekanan (ΔP), perbedaan konsentrasi (ΔC) dan perbedaan energi (ΔE).

Proses pemisahan dengan membran dapat diilustrasikan seperti Gambar 2.2.

Membran

Fasa 1 Fasa 2

Gaya Dorong

Gambar 2.2. Proses pemisahan membran

Retentat Permeat

13

Dalam teknologi pemisahan dengan menggunakan membran mempunyai

keunggulan dibandingkan dengan teknologi pemisahan yang lain yaitu :

- pemisahan membran berdasarkan ukuran molekular sehingga beroperasi

pada temperatur rendah (temperatur ambient).

- Pemakaian energi yang relatif rendah, karena biasanya pemisahan

menggunakan membran tidak melibatkan perubahan fasa.

- Tidak menggunakan zat bantu kimia sehingga tidak ada tambahan produk

buangan

- Bersifat modular artinya modul membran dapat discale-up dengan

memperbanyak unitnya.

- Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan

lainnya ( hybrid processing )

2.2.1. Parameter utama proses pemisahan membran

Pada proses membran umumnya terjadi fenomena fluks berbanding

terbalik dengan selektifitas. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya

selektifitas dan sebaliknya, sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasis

membran adalah mengoptimasi fluks dan selektifitas.

A. Permeabilitas

Permeabilitas suatu membran merupakan ukuran kecepatan dari suatu

spesi atau konstituen menembus membran. Secara kuantitas, permeabilitas

membran sering dinyatakan sebagai fluks atau koefisien permeabilitas. Definisi

dari fluks adalah jumlah volume permeat yang melewati satuan luas membran

dalam waktu tertentu dengan adanya gaya dorong dalam hal ini berupa tekanan.

Secara umum fluks dapat dirumuskan sebagai (Mulder, 1996) :

14

…………………………………………………………(2.1)

dimana :

J = Fluks (Lt/m2

.jam)

V = Volume permeat (Lt)

A = Luas permukaan membran (m2

)

t = Waktu ( jam)

Laju fluks akan menurun sejalan dengan waktu pengoperasian akibat

pengendapan atau pelekatan material dipermukaan membran, yang dikenal dengan

istilah fouling dan scaling. Fouling dapat didefinisikan sebagai proses

terbentuknya lapisan oleh material yang tidak diinginkan pada permukaan

membran. Secara teknis, scaling didefinisikan sebagai akumulasi kerak (scale)

akibat adanya peningkatan konsentrasi dari materi anorganik yang melewati hasil

kali kelarutannya pada permukaan membran dan menyebabkan penurunan kinerja

membran. Sehingga definisi fouling sudah termasuk scaling. Dalam

penggunaannya, istilah fouling lebih banyak pada materi biologis dan koloid,

sedangkan istilah scaling digunakan untuk pengendapan garam atau mineral

anorganik.

Terjadinya fouling diawali dengan adanya polarisasi konsentrasi yaitu

peningkatan konsentrasi lokal dari suatu solut pada permukaan membran,

sehingga material terlarut berkumpul membentuk lapisan gel yang semakin lama

menebal. Pada polarisasi konsentrasi ini, fluks mengalami penurunan karena

adanya peningkatan pada tahapan hidrodinamik pada lapisan batas dan kenaikan

tekanan osmotik lokal. Selain polarisasi konsentrasi, penurunan fluks dapat terjadi

akibat pengaruh dari adsorpsi, pembentukkan lapisan gel (gel layer formation) dan

15

penyumbatan pada pori. Dampak langsung yang dapat diamati dan cukup

signifikan yang menandai terjadinya fauling ini adalah menurunnya kinerja

membran (fluks permeat menurun seiring waktu), seperti yang terlihat pada

Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Fluks sebagai fungsi dari waktu

B. Selektifitas

Selektivitas suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu

membran untuk menahan suatu spesi atau melewatkan suatu spesi tertentu.

Selektifitas membran tergantung pada interaksi antar muka dengan spesi yang

akan melewatinya, ukuran spesi dan ukuran pori permukaan membran. Parameter

yang digunakan untuk menggambarkan permselektifitas membran adalah

koefisien rejeksi (R). Koefisien rejeksi adalah fraksi konsentrasi zat terlarut yang

tidak menembus membran, dan dirumuskan sebagai berikut :

…………………………………………(2.2)

dimana :

R = Koefisien rejeksi (%)

Cp = Konsentrasi zat terlarut dalam permeat

Cf = Konsentrasi zat terlarut dalam umpan.

16

Dengan harga R berkisar antara 0 sampai 1. Jika harga R = 1 berarti zat

kontaminan ditahan oleh membran secara sempurna.

Untuk mengurangi penumpukan materi pada permukaan membran, ada dua

cara yang dapat diambil, yaitu (Milisic, 1996):

a. Menjaga partikel mengenai membran, atau

b. Membersihkan membran tersebut

Untuk menjaga partikel mengenai membran, ada beberapa teknik yang digunakan

seperti proses filtrasi, proses koagulasi dimana upaya-upaya tersebut lazim disebut

sebagai pretreatment. Sedangkan untuk membersihkan membran dapat digunakan

pembersihan membran secara periodik, atau meningkatkan tegangan geser (shear

stress) pada permukaan membran dimana konstituen yang telah tertahan (fouling)

akan tergeser oleh turbulensi aliran sehingga tidak terjadi penumpukan partikel.

2.2.2. Model aliran umpan pada membran

Dalam operasi membran dikenal dua jenis aliran umpan, yaitu aliran cross-

flow dan aliran dead-end. Secara sederhana ditunjukan pada Gambar 2.4. Pada

sistem cross- flow, aliran umpan mengalir melalui suatu membran, dengan hanya

sebagian saja yang melewati pori membran untuk memproduksi permeat,

sedangkan aliran pelarut atau cairan pembawa akan melewati permukaan

membran sehingga larutan, koloid dan padatan tersuspensi yang tertahan oleh

membran akan terus terbawa menjadi aliran balik. Sedangkan pada sistem dead-

end, keseluruhan dari fluida melewati membran (sebagai media filter) dan partikel

tertahan pada membran, dengan demikian fluida umpan mengalir melalui tahanan

membran dan tahanan penumpukan partikel pada permukaan membran (Mallack

et al., 1997).

17

Dead-end Cross-flow

retentat umpan retentat

permeat

permeat

Gambar 2.4. Model proses aliran umpan pada operasi membran

Sistem cross-flow secara teori lebih baik dari sistem dead-end dimana laju aliran

retentatg tidak seluruhnya menjadi permeat, ada bagian yang lewat menjadi laju

aliran balik pada sistem cross-flow.

2.3. Klasifikasi Membran

Berdasarkan struktur dan prinsif pemisahan membran dapat dibedakan

menjadi 3 (tiga) jenis yaitu :

1. Membran berpori (pemisahan berdasarkan perbedaan ukuran partikel

dengan ukuran pori membran)

2. Membran tidak berpori (pemisahan berdasarkan perbedaan kelarutan dan

kemampuan berdifusi)

3. Membran cair (pemisahan berdasarkan sifat molekul pembawa

spesifik/carrier)

Berdasarkan gradient tekanan sebagai gaya dorongnya dan

pemeabilitasnya, membran dapat dibedakan menjadi 4 (empat) jenis yaitu

(Mulder,1996):

a. Mikrofiltrasi (MF), Membran jenis ini memiliki ukuran pori 0.05 – 10 µm

dengan tebal 10 – 200 µm, dapat dibuat dari bahan polimer maupun

18

keramik, beroperasi pada tekanan berkisar 0,1-2 Bar dan batasan

permeabilitas-nya lebih besar dari 50 L/m2

.jam.bar

b. Ultrafiltrasi (UF), Membran jenis ini memiliki ukuran pori berkisar 0.05 –

1 µm ( 1- 100 nm), dengan tebal mencapai 150 µm, dapat dibuat dari

bahan keramik atau polimer, beroperasi pada tekanan antara 1-5 Bar dan

batasan permeabilitas-nya adalah 10-50 L/m2

.jam.bar

c. Nanofiltrasi, Membran ini memiliki ukuran pori 0.01 - 5 nm, dapat dibuat

dari bahan poliamida (interfacial polymerisasi), beroperasi pada tekanan

antara 5-20 bar dan batasan permeabilitas-nya mencapai 1,4 – 12

L/m2

.jam.bar

d. Reverse Osmosis (RO), Membran jenis ini memiliki ukuran pori lebih

kecil dari 2 nm, dapat terbuat dari bahan selulosa triasetat atau aromatic

poliamida, beroperasi pada tekanan antara 10-100 Bar dan batasan

permeabilitas-nya mencapai 0,05-1,4 L/m2

.jam.bar.

Jenis membran yang dipakai pada penelitian ini menggunakan membran

khitosan dari kulit udang, yang termasuk ke dalam membran ultrafiltrasi.

2.3.1 Membran Ultrafiltrasi

Membran ultrafiltrasi (UF) adalah teknik proses pemisahan

(menggunakan) membran untuk menghilangkan berbagai zat terlarut BM (berat

molekul) tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air.

Ukuran dan bentuk molekul terlarut merupakan faktor penting, batas berat

molekul membran (molecular weight cut-off, MWCO) adalah ukuran dari

karakteristik pemisahan dari suatu membran dalam istilah berat atom (massa),

sebagai ukuran pori-pori. Membran ultrafiltrasi mempunyai ukuran pori 1-100nm

19

(1000-106 NWCO), biasanya diukur dalam satuan Dalton. Satu Dalton adalah

unit massa yang besarnya sama dengan 1/12 massa atom karbon-12 (yaitu satu

satuan massa atom (atomic mass unit, amu) biasanya digunakan sebagai satuan

untuk mengukur batas berat molekul (MWCO) yang dapat dipisahkan oleh

membran ultrafiltrasi. Teknologi pemurnian air, menggunakan membran

ultrafiltrasi dengan batas berat molekul membran (MWCO) 1000 – 20000 lazim

untuk penghilangan pirogen, sedangkan berat molekul membran (MWCO)

80.000- 100.000 untuk pemakaian penghilangan koloid. Tekanan sistem

ultrafiltrasi biasanya rendah, 1-10 bar (70-700 kPa), maka dapat menggunakan

pompa sentrifugal biasa. Membran ultrafiltrasi sehubungan dengan pemurnian air

dipergunakan untuk menghilangkan koloid (penyebab fouling) dan penghilangan

mikroba, pirogen.

Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak polimer selulosa acetate

(CA) ataupun jenis polimer alam (kitosan) sebagai lembaran tipis. Membran

khitosan mudah diperoleh karena kelarutannya yang tinggi dalam asam asetat 1%

dan membran diperoleh setelah menguapkan pelarutnya. Fluks maksimum bila

membrannya anisotropik, ada lapisan tipis rapat dan berpori. Membran selulosa

acetate (CA) mempunyai sifat pemisahan yang bagus namun sayangnya dapat

dirusak oleh bakteri dan zat kimia, rentan pH. Membran juga dapat terbuat dari

polimer polisulfon, akrilik, juga polikarbonat, PVC, poliamida, piliviniliden

fluoride, kopolimer AN-VC, poliasetal, poliakrilat dan bahan lainnya.

20

Struktur membran UF secara morfologinya dapat diklasifikasikan menjadi

dua yaitu membran simetrik dan membran asimetrik, terlihat pada Gambar 2.5.

Simetrik Asimetrik

Gambar 2.5. Struktur cross-section membran UF simetrik dan asimetrik

Membran simetrik (yaitu terdiri atas membran porous/berpori dan nonporous/tak

berpori) ketebalannya berkisar antara 10 – 200 µm, dimana ketebalan suatu

membran dapat menentukan ketahanan membran terhadap transfer massa.

Pemisahan membran berpori berdasarkan atas perbedaan ukuran partikel dengan

ukuran pori membran. Membran tidak berpori (membran rapat), prinsif

pemisahannya berdasarkan pada perbedaan kelarutan dan kemampuan berdifusi.

Membran asimetrik (yaitu terdiri dari membran berpori dan komposit), membran

asimetrik berpori memiliki lapisan yang sangat tipis (0,1 - 1µm) pada bagian

permukaannya yang berpengaruh pada fluks dan selektifitas membran. Lapisan

bawah berupa lapisan penyangga berpori dengan ketebalan 50 – 150 µm

merupakan penyangga mekanis. Membran komposit pada bagian atasnya

memiliki pori berukuran kecil (≤ 0,1 µm) bertindak sebagai barrier (penghalang)

menghasilkan fluks yang tinggi. Bagian bawah membran (lapisan

retentat Lapisan permukaan

tipis

Lapisan penyangga berpori

permeat

Lapisan penyangga tambahan

Lapisan penyangga berpori

Lapisan permukaan tipis retentat

permeat BERPORI

TAK BERPORI

BERPORI

MEMBRAN KOMPOSIT

Struktur rapat

struktur berpori

21

penyangga/pendukung) memiliki ukuran pori lebih besar, biasanya lapisan ini

menggunakan jenis polimer yang berbeda dengan lapisan permukaan.

2.3.2. Mekanisme transfort pada membran UF

Faktor penting yang menentukan kinerja keseluruhan sistem membran

ultrafiltrasi adalah tingkat transportasi zat terlarut atau partikel dalam larutan

umpan terhadap membran. Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6, aliran tekanan

yang digerakkan melintasi membran mengangkut zat terlarut ke permukaan

membran. Jika membran ini sebagian atau sepenuhnya dapat menahan zat terlarut

tertentu, tingkat awal dari transportasi zat terlarut terhadap membran akan lebih

besar dari fluks zat terlarut melalui membran sehingga menyebabkan zat terlarut

menumpuk di permukaan membran. Fenomena ini umumnya disebut sebagai

polarisasi konsentrasi, yaitu akumulasi ion yang direjeksi saat proses pemisahan

yang membentuk lapisan pada permukaan membrane (Wenten, 2004). Akumulasi

zat terlarut pada permukaan membran menyebabkan aliran kembali berdifusi

menuju larutan bulk. Kondisi steady state dicapai ketika transportasi konveksi dari

zat terlarut ke membran adalah sama dengan jumlah dari aliran permeat ditambah

transportasi difusi zat terlarut, yaitu:

J.C - D = J.Cp …………………………………………………(2.3)

J adalah fluks permeat,

C adalah konsentrasi zat terlarut dalam arah x,

D adalah koefisien difusi, dan

Cp adalah konsentrasi zat terlarut dalam permeat.

22

δ x

Gambar 2.6. Konsep dasar pemisahan dengan membran dan

Polarisasi Konsentrasi pada kondisi steady-state

Pada kondisi batas (boundary) jika :

x = 0 x = Cw (konsentrasi zat terlarut pada permukaan membran)

x = δ x = Cb (konsentrasi zat terlarut pada larutan bulk)

Integrasi dari persamaan (2.3) menghasilkan :

ln = …………………………………………(2.4)

Jika rasio antara koefisien difusi (D) dengan batas ketebalan (δ) merupakan

koefisien perpindahan massa (k) yaitu : k =

maka persamaan (2.4) menjadi :

J = k ln ………………………………………(2.5)

Nilai fluks dengan total zat terlarut tertahan membentuk lapisan gel menyebabkan

besar(Cp = 0) sehingga besar fluks (J) dapat dihitung dengan persamaan :

J = k ln ………………………………………(2.6)

Konsentrasi zat terlarut pada permukaan membran dapat diperoleh dengan

ekstrapolasi antara fluks (J) terhadap ln Cb dan informasi yang diberikan kurang

23

akurat terutama jika larutan umpan berupa macrosolutes dengan konsentrasi Cw =

Cb tidak memberikan nilai fluks nol.

Akumulasi zat terlarut atau partikel pada permukaan membran dapat

mempengaruhi menyerap fluks dalam dua cara berbeda, yaitu pertama, akumulasi

zat terlarut dapat menghasilkan cairan osmotik didorong mengalir kembali

melintasi membran dari sisi permeat ke sisi umpan, sehingga mengurangi laju

transportasi pelarut. Efek ini umumnya akan paling menonjol untuk zat terlarut

kecil, yang cenderung memiliki tekanan osmotik besar misalnya,

mempertahankan garam di reverse osmosis (Jonsson, 1984). Kemudian yang

kedua, zat terlarut atau partikel ireversibel bisa merusak membran karena interaksi

fisik maupun kimia yang spesifik antara membran dan berbagai komponen hadir

dalam aliran proses, sehingga menambah ketahanan hydraulik terhadap aliran

pelarut secara seri dengan yang disediakan oleh membran. Interaksi yang dapat

menyebabkan penurunan fluks ini dapat dipengaruhi oleh adsorpsi, pembentukan

lapisan gel, penyumbatan dari pori-pori membran. Penurunan fluks lebih lanjut

juga diakibatkan oleh bahan membran itu sendiri, sifat zat terlarut, dan variabel

lainnya seperti pH, kekuatan ion, suhu larutan dan operasi tekanan (Jonsson &

Tragardh, 1990). Fluks juga dapat didefinisikan sebagai :

fluks = …………………………………(2.7)

atau fluks = ………………………………………....(2.8)

Rtotal = Rm + Rp + Ra + Rg + Rcp …………………………………(2.9)

Perbedaan tekanan osmotik, Δπ yang melintasi membran dapat

menyebabkan gaya dorong (driving force) menjadi besar, sehingga memberikan

transfortasi membran menjadi ΔP - ζΔπ (Zeman dan Sydney, 1996). ζ adalah

24

koefisien refleksi (parameter perpindahan), menunjukkan tingkat selektivitas

membran. Bila ζ = 1 zat terlarut benar-benar dipertahankan dan ketika ζ = 0 itu

benar-benar permeabel. Hambatan dari zat terlarut yang terakumulasi pada

permukaan membran ini disebut sebagai hydraulik resistansi, Rs. Pada keadaan

ideal resistensi yang berpengaruh pada membran hanya resistensi membran itu

sendiri, Rm, tetapi membran memiliki batas resistensi tertentu terhadap zat terlarut

maka akan terjadi akumulasi zat terlarut yang tertahan oleh membran di sekitar

permukaan membran. Hal ini menyebabkan terbentuknya lapisan zat terlarut yang

terkonsentrasi, sehingga menimbulkan resistensi baru terhadap proses

perpindahan massa yaitu resistensi polarisasi konsentrasi, Rcp. Zat terlarut yang

terkonsentrasi ini memiliki kecenderungan yang besar untuk membentuk lapisan

gel dipermukaan membran dan menghasilkan resistensi lapisan gel, Rg. Pada

kasus membran berpori, terdapat kemungkinan zat terlarut masuk kedalam pori

membran dan menyumbat pori sehingga timbul pore blocking resistance Rp.

Akhirnya, resistensi total bertambah akibat fenomena adsorpsi, Ra. Hal-hal

tersebut terjadi pada semua jenis membran, baik yang berpori maupun yang tidak

berpori (Mulder,1996). Jenis-jenis resistensi yang berpengaruh pada membran

terlihat pada Gambar 2.7.

25

Gambar 2.7. Tipe resistensi pada membran saat perpindahan massa

melewati membran dengan driving force tekanan.

2.4. Khitin dan Khitosan

2.4.1. Khitin

Senyawa khitin banyak terdapat pada kulit luar hewan Artropoda, Molusca

Anellida, Crustacea (jenis udang-udangan, kepiting) dan juga terdapat pada

dinding sel Fungi. Khitin merupakan biopolimer rantai panjang yang lurus

tersusun dari 2000 – 3000 monomer (2-asetamida-2-deoksi-D-glukosa) yang

terangkai dengan ikatan 1,4-β-glikosida. Kitin memiliki rumus molekul

[C8H13NO5]n mimiliki berat molekul 1,2 x 106 Dalton. Khitin memiliki gugus

asetamida (-NHCOCH3) yang merupakan polimer berunit N-asetilglukosamin.

Bentuk yang paling umum dari hkitin adalah ά-kitin, yaitu mempunyai 2 unit

NN’-diasetil kitobiosa dari 2 rantai dengan susunan antiparalel (Minke dan

Blackwell,1978). Sedangkan menurut Svitil, et al (1997) khitin berdasarkan

susunan rantai molekulnya mempunyai 3 jenis struktur yaitu ά,β dan γ. Struktur

Membran

Retentat

Permeat

Jenis resistansi membran

Rp : penyumbat pori

Ra : adsorpsi

Rm : membran

Rg : lapisan gel

Rcp : konsentrasi

polarisasi

26

ά-khitin tersusun dalam rantai yang tidak sejajar dengan ikatan sangat kuat; β-

khitin tersusun dalam rantai yang sejajar (paralel ) dan γ-khitin merupakan

campuran dari rantai paralel dan antiparalel. Umumnya khitin diisolasi melalui

rangkaian proses produksi berbahan dasar kulit udang. Proses isolasi khitin

sebagai berikut pertama, demineralisasi atau proses penghilangan mineral

menggunakan asam kemudian kedua, deproteinasi atau proses penghilangan

protein menggunakan basa selanjutnya yang ketiga, dekolorisasi atau proses

penghilangan warna menggunakan oksidator atau pelarut organik (Rismana,

2006). Struktur senyawa khitin terdapat pada Gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Struktur Senyawa Khitin

Khitin berbentuk serpihan dengan warna putih kekuningan, memiliki sifat

tidak beracun dan mudah terurai secara hayati (biodegradable). Khitin tidak larut

dalam air, larutan basa encer dan pekat, larutan asam encer dan pelarut organik.

Tetapi senyawa ini larut dalam asam mineral pekat, seperti asam klorida, asam

sulfat, asam nitrat. Namun asam sulfat, asam nitrat dan asam fospat dapat merusak

kitin yang menyebabkan kitin terdegradasi menjadi monomer-monomer sederhana

yang lebih kecil (Bastaman, 1989). Sistem pelarut yang efektif dalam melarutkan

kitin adalah campuran N,N-dimetil asetamida dan LiCl 5% terlarut (Austin, 1988).

Identifikasi adanya khitin dapat dideteksi dengan reaksi warna Van Wesslink,

yaitu terdiri atas larutan I2 dalam KI yang memberikan warna coklat, kemudian

27

jika ditambahkan asam sulfat berubah warnanya menjadi violet. Perubahan warna

dari coklat hingga menjadi violet menunjukkan reaksi positif adanya khitin.

Secara kuantitatif untuk mengidentifikasi suatu senyawa khitin dengan analisis

FTIR (Fourier Transform Infra Red ) . Hasil analisis gugus fungsi khitin dari kulit

udang dengan FTIR dapat dilihat pada Tabel 2.1

Gugus Fungsi Bilangan gelombang (cm-1

) Khitin

OH

N – H ulur

C – H ulur

C = O ulur

N – H bengkokan

CH3

C – O – C

N – H kibasan

3448

3300-3250

2891

1680-1640

1560-1530

1419

1072

750-650

Tabel 2.1 Karakteristik Khitin Kulit Udang (Stuart, 2003)

2.4.2. Khitosan

Khitosan adalah produk deasetilasi khitin yang merupakan polimer rantai

panjang glukosamin (2-amino-2-deoksi-D-Glukosa), memiliki rumus molekul

[C6H11NO4]n dengan bobot molekul 2,5x105 Dalton. Khitosan berbentuk serpihan

putih kekuningan, tidak berbau dan tidak berasa. Khitosan tidak larut dalam air,

larutan basa kuat, asam sulfat, pelarut-pelarut organik seperti dalam alkohol,

aseton. Sifat khitosan sedikit larut dalam asam klorida maupun dalam asam nitrat,

larut dalam asam asetat 1%-2%, dan mudah larut dalam asam format 0,2%-1,0%

dengan pH sekitar 4,0. Pada pH asam cenderung terjadi pengendapan dan larutan

khitosan membentuk komplek polielektrolit yang bermuatan positif dengan

hidrokoloid anionik menghasilkan gel. Secara biologis khitosan tidak beracun,

mudah mengalami biodegradable dan polielektrolit kationik karena mempunyai

gugus fungsional yaitu gugus amino selain itu terdapat juga gugus hidroksil

primer dan sekunder yaitu masing-masing terikat pada atom C primer dan

28

sekunder. Adanya gugus fungsi tersebut mengakibatkan khitosan mempunyai

kereaktifitasan kimia yang tinggi. Gugus fungsi amina bebas yang bersifat

nukleofilik kuat yang terdapat pada khitosan menyebabkan khitosan lebih reaktif

dari senyawa khitin dan memungkinkan juga untuk modifikasi kimia yang

beranekaragam. Kondisi ini menyatakan bahwa khitosan termasuk salah satu

material alami yang banyak memiliki manfaat mulai dari pengolahan limbah

sampai untuk dunia medis. Berbeda dengan polisakarida alami lainnya seperti

selulosa, alginat, agarosa, dan pektin yang memiliki sifat netral atau asam,

khitosan bersifat basa karena memiliki gugus amino dalam jumlah besar pada

rantai tulang punggungnya (Mak & Sun, 2008). Gugus ini dapat mengalami

protonasi pada pH kurang dari 6,5, yang menjadikan khitosan polimer kationik.

Muatan positif pada khitosan kemudian dapat berikatan dengan material lain yang

bermuatan negatif seperti enzim, sel, polisakarida lainnya, asam nukleat, kulit, dan

rambut (Argin-Soysal, 2007).

Perbedaan senyawa khitin dan khitosan adalah berdasarkan kandungan

nitrogennya, bila polimer kurang dari 7% maka merupakan polimer khitin, apabila

kandungan total nitrogennya lebih dari 7% maka merupakan polimer khitosan

(Roberts, 1992). Hasil analisis gugus fungsi khitosan dari kulit udang dengan

FTIR dapat dilihat pada Tabel 2.2.

29

Gugus Fungsi Bilangan gelombang (cm-1

) Khitosan

OH

N – H ulur

C – H ulur

NH2 guntingan

N – H bengkokan

CH3

C – O – C

NH2 kibasan dan Pelintiran

N – H kibasan

3450,0

3335,0

2891,1

1655,0

1419,5

1072,3

850,0-750,0

715,0

Tabel 2.2 Karakteristik Khitosan Kulit Udang (Stuart, 2003)

Manfaat Kitosan di berbagai bidang industri modern cukup banyak

diantaranya dalam industri farmasi, biokimia, bioteknologi, pangan, gizi, kertas,

tekstil, pertanian, kosmetik, membran dan kesehatan. Pemanfaatan tersebut

didasarkan atas sifat-sifatnya yang dapat digunakan sebagai bahan pengemulsi,

pengkoagulasi, pengkelat termasuk memiliki sifat fisik yang khas yaitu mudah

dibentuk menjadi spons, larutan, gel, pasta serat yang bermanfaat dalam

aplikasinya.

Proses transformasi khitin menjadi khitosan adalah reaksi hidrolisis amida

yang disertai dengan penambahan gugus hidroksil pada atom C dari gugus amida

(adisi nukleofilik). Raksinya ada pada Gambar 2.9

Gambar 2.9. Adisi nukleofilik

30

Dilanjutkan dengan transfer proton pada anion, yaitu atom O dari gugus

asetil mentrasfer elektronnya pada molekul air yang ada pada proses deasetilasi,

kemudian air mentransfer proton (H+) kepada atom O dari gugus asetil kitin

sehingga terbentuk gugus hidroksil. Mekanisme dari reaksinya tedapat pada

Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Transfer proton pada anion

Setelah transfer proton pada anion, terjadi protonasi pada nitrogen amida

yaitu, atom N dari gugus amida kitin mentransfer elektronnya pada molekul air

menyebabkan molekul air mentranfer protonnya sehingga terbentuk amina dan

melepaskan ion hidroksil. Reaksinya terdapat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Tahap protonasi pada nitrogen amida

31

Tahap N terprotonasi, yaitu gugus hidroksil yang dilepaskan mentransfer

elektronnya ke atom H dari gugus asetil kemudian atom H tersebut akan

mentransfer elektronnya ke atom O serta atom O mentransfer elektronnya ke atom

N yang terprotonasi sehingga ikatan dari gugus asetil terputus membentuk

molekul air, molekul asam asetat dan molekul khitosan. Mekanisme reaksinya

dapat dilihat pada Gambar 2.12

Gambar 2.12. Tahap pelepasan N terprotonasi

2.5.Derajat Deasetilasi

Khitin yang direaksikan dengan alkali dapat mengalami hidrolisis dari

gugus asetamida kepada gugus amino (Kurita 2006). Proses hidrolisis ini selalu

menggunakan NaOH dan KOH pada suhu tinggi. Hidrolisis dengan alkali dapat

mengalami penurunan berat molekul, jika reaksi berlangsung lama. Oleh sebab itu

dalam hidrolisis perlu dilakukan pemanasan dan khitosan yang dihasilkan

tergantung dari konsentrasi alkali yang digunakan. Kemurnian khitosan dapat

diketahui dari Derajat Deasetilasi (DD) diperoleh dan melarut dengan baik dalam

asam asetat 1%. Sifat kelarutan ini disebabkan oleh deasetilasi dalam larutan

alkali.

32

Metode FTIR (Fourier Transform Infra Red ) dapat digunakan untuk

mengetahui Derajat Deasetilasi (DD) khitosan. Untuk menentukan DD digunakan

metode garis oleh Moore dan Robert, seperti ditunjukkan dalam persamaan 2.10.

A1588 1

DD = 1 - x x 100% ………..(2.10)

A3410 1,32

Keterangan rumus :

A = log = absorbansi

A1588 = Absorbansi pada panjang gelombang 1588 cm-1

untuk serapan gugus

amida/asetamida (CH3CONH

-

)

A3410 = Absorbansi pada panjang gelombang 3410 cm-1

untuk serapan gugus

hidroksil (OH-)

2.6.Tinjauan tentang Spektrofotometer Ultra Violet (UV-Vis)

Hubungan antara radiasi yang diserap dan konsentrasi spesies penyerap

dinyatakan oleh hukum Lambert-Beer. Dalam hukum Lambert Beer dinyatakan

bahwa absorbansi berbanding langsung dengan konsentrasi. Rumusan Hukum

Lambert Beer dapat dijelaskan sebagai berikut: bila suatu medium penyerap

dibagi menjadi lapisan-lapisan imajiner yang tebalnya sama dan berkas sinar

radiasi diarahkan melewati medium tersebut, maka setiap lapisan akan menyerap

bagian yang sama dari radiasi. Absorpsi dapat dijabarkan secara matematis

sebagai berikut:

= -k. C. db .…………...………………………………………...(2.11)

33

ln = -k. C. db ……….………...…………………………….....(2.12)

log = . b. C atau ....…....………………….……………..(2.13)

log = -ε. b. C ….….........………….. ……..……..……………..(2.14)

C adalah konsentrasi larutan dalam molar. Jika konsentrasi larutan dalam bentuk

gram/liter maka rumus 2.14. menjadi:

log = -a. b. C …………………………………………………...(2.15)

log disebut optical density (OD) atau absorbansi (A), sedangkan It/I0 disebut

dengan transmitans yang merupakan proporsi radiasi yang diteruskan. Bila T

dikalikan dengan 100% disebut sebagai persen transmitans. Hubungan absorbansi

dengan transmitan ditunjukkan pada persamaan (2.16).

A = log T = log =- ε. b.C ………….………………………....(2.16)

Dengan ketentuan:

I0 : intensitas radiasi yang dilewatkan

It : intensitas radiasi yang diserap

a : koefisien aktivitas (bila satuan kadar adalah gram/liter)

ε : koefisien aktivasi molar (bila satuan kadarnya adalah molar)

C : konsentrasi

A : absorbansi

b : panjang sampel /tebal kuvet

Spektrum absorpsi UV-Vis umumnya dinyatakan sebagai aluran grafik

absorbansi sebagai ordinat dan panjang gelombang sebagai absis. Spektrum

34

serapan UV-Vis berasal dari transisi elektronik, tingkat energi elektronik terbagi-

bagi menjadi tingkat energi vibrasi, rotasi dan translasi. Instrumentasi dari

spektrofotometer dapat berupa susunan alat-alat, seperti sumber radiasi,

monokromator, wadah sampel, detektor, penguat/amplifier, dan rekorder.

Spektrum ultraviolet pada senyawa tertentu biasanya diperoleh dengan

melewatkan cahaya pada panjang gelombang tertentu (cahaya monokrom) melalui

larutan encer senyawa tersebut dalam pelarut yang tidak menyerap misalnya, air,

etanol, dan heksana (Khopkar, 2003). Fraksi dari radiasi yang diteruskan atau

ditransmisikan oleh larutan disebut transmitan. Rangkaian sistem kerja alat UV-

Vis terdapat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Mekanisme serapan UV-Vis

35

BAB III

KERANGKA KONSEP DAN HIPOTESIS

3.1. Kerangka Konsep

Air bersih menjadi ukuran tingkat kesehatan masyarakat beserta

lingkungannya dan hampir setiap hari kita memerlukan air untuk kepeluan hidup,

baik untuk minum, memasak ataupun untuk membersihkan (mencuci).

Penggunaan air tersebut sebagian besar akan terbuang kembali sebagai limbah,

yang paling banyak adalah limbah dari hasil pencucian. Zaman yang serba cepat

dan praktis ini banyak orang memakai jasa laundry dalam pencucian pakaian,

sehingga tak terhindarkan lagi limbah laundry yang dihasilkan makin hari akan

bertambah. Limbah laundry sepintas tidak begitu menunjukkan dampak yang

serius bagi lingkungan, tapi jika diakumulasi keberadaanya akan menjadi masalah

yang cukup mengkhawatirkan di kemudian hari bagi lingkungan. Hal yang

mencemaskan tersebut terjadi karena dalam proses pencucian, limbah terbuang

menggandung senyawa fosfat yang merupakan komponen builder yang ada pada

detergen yang digunakan untuk mencuci. Kadar fosfat yang tinggi dalam perairan

dapat memberi nutrisi pada tumbuhan air sehingga menimbulkan alga blom pada

badan perairan yang menutupi permukaan air dan akhirnya keseimbangan

ekosistem perairan terganggu. Penurunan kadar senyawa fosfat dalam pengolahan

air limbah laundry diantaranya dapat dilakukan dengan menggunakan metode

membran.

Membran dapat dibuat dari bahan polimer alam maupun polimer sintetis.

Khitosan merupakan biopolimer alam yang diturunkan dari khitin. Khitin

36

merupakan polisakarida yang ketersedianya terbesar kedua seletah selulosa.

Sehingga penggunaan khitosan sebagai membran menawarkan nilai ekonomis

yang tinggi bagi manfaat senyawa polimer khitosan. Telah banyak penelitian

yang memaparkan manfaat kitosan di bidang lingkungan hingga kesehatan.

Keserbagunaan ini dikarenakan kitosan bersifat khas. Kitosan biodegradabel,

biokompatibel, non-toksik, memiliki aktivitas antimikrob, dapat mengkhelat ion

logam berat, dapat membentuk gel, serta memiliki afinitas yang tinggi pada

protein (Mak & Sun 2008). Seperti penelitian yang dilakukan oleh Meriatna

(2008) yaitu penggunaan membran khitosan untuk menurunkan kadar logam krom

(Cr) dan nikel (Ni) dalam limbah cair industri pelapisan logam dapat menurunkan

kadar logam Cr sampai 99,87% dan logam Ni sampai 99,13%, termasuk juga

penelitian oleh Daniel (2009) tentang pembuatan dan karakteristik membran

khitosan yang berasal dari kulit udang sungai Mahakam berpotensi dipergunakan

sebagai membran hemodialisis karena jumlah molekul urea yang terdifusi dengan

membran khitosan ini sampai sebesar 345,445 mcg/ml.

Khitosan termasuk salah satu material pintar alami. Berbeda dengan

polisakarida alami lainnya seperti selulosa, alginat, agarosa, dan pektin yang

memiliki sifat netral atau asam, khitosan bersifat basa karena memiliki gugus

amino dalam jumlah besar pada rantai tulang punggungnya (Mak & Sun 2008).

Gugus ini dapat mengalami protonasi pada pH kurang dari 6,5, yang menjadikan

khitosan polimer kationik. Muatan positif pada khitosan kemudian dapat berikatan

dengan material lain yang bermuatan negatif seperti enzim, sel, polisakarida

lainnya, asam nukleat, kulit, dan rambut (Argin-Soysal et al. 2007).

37

Dari uraian di atas, kerangka konsep penelitian yang ingin dilaksanakan

pada penelitian ini adalah (terlihat pada Gambar 3.1)

Gambar 3.1. Kerangka konsep penelitian

3.2.Hipotesis

Berdasarkan kerangka konsep di atas, maka dapat dirumuskan hipotesis

penelitian bahwa membran khitosan dari kulit udang dapat digunakan untuk

menurunkan kadar fosfat dalam air limbah laundry.

Air limbah laundry

(mengandung fosfat)

Pengolahan air

limbah laundry

dengan pemanfaatan

teknologi alternatif

(membran khitosan)

Membran khitosan

terbuat dari bahan

ramah lingkungan,

menggunakan limbah

kulit udang

Air yang aman dibuang

ke badan perairan

Penurunan kadar fosfat

dalam air limbah laundry

Analisis fosfat dengan

spektro UV-Vis

38

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1. Metode Penelitian

Pada penelitian ini isolasi khitin dari kulit udang menggunakan kondisi

optimum pada penelitian Kusumawati (2009) sedangkan aplikasinya

menggunakan metoda eksperimen yang bersifat eksploratif. Data dikumpulkan

dengan cara pengamatan langsung setelah obyek penelitian diberikan perlakuan,

kemudian melakukan serangkaian pengujian.

4.2. Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian adalah penurunan kadar fosfat total dalam air

limbah laundry menggunakan membran khitosan. Sebelum membran khitosan di

aplikasikan pada air limbah laundry, efektivitas membran khitosan dengan

berbagai konsentrasi digunakan untuk menurunkan kadar fosfat pada larutan

standar fosfat (larutan KH2PO4 10 ppm) dan lamanya waktu kontak diamati pada

selang waktu 2 jam. Kemudian dari kondisi optimum konsentrasi khitosan yang

digunakan sebagai membran dan waktu optimum kontak terhadap membran

sampai rentang waktu 2 jam yang diperoleh pada larutan standar fosfat dipakai

untuk aplikasi menurunkan kadar fosfat dalam air limbah laundry. Analisis kadar

fosfat total dalam air limbah laundry dilakukan dengan spektofotometer UV-Vis

sebelum dan sesudah perlakuan.

4.3. Rancangan Penelitian

Penelitian ini merupakan percobaan faktorial yang terdiri atas 2 faktor

yaitu faktor A (konsentrasi larutan khitosan) dengan taraf 1%, 2%, 3%, 4%, 5%

39

dan faktor B (lamanya waktu kontak terhadap membran khitosan) dengan taraf 30

menit, 60 menit, 90 menit, 120 menit). Rancangan dasar yang digunakan adalah

Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan tiga kali ulangan. Analisis data

dilakukan dengan ANOVA (Analysis of Varian) satu arah.

4.4. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian Fakultas Teknologi

Pertanian Universitas Udayana, Laboratorium bersama FMIPA Universitas

Udayana (analisis Spektrofotometer FTIR) dan Laboratorium Fakultas Teknik

Mesin Universitas Udayana.

4.5. Bahan dan Alat Penelitian

4.5.1. Bahan Penelitian

Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah kulit udang yang

diperoleh dari limbah restoran yang ada di daerah Kuta, Badung, serta air limbah

pencucian Laundry. Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini

adalah : HCl (asam klorida), NaOH (natrium hidroksida), pereaksi Biuret,

CH3COOH (asam asetat), I2 (iodin), KI (kalium iodida), alkohol, aseton, AgNO3

(perak nitrat), KH2PO4 (kalium dihidrogen fosfat), H2SO4 (asam sulfat),

(NH4)6Mo7O24.4H2O (ammonium heptamolibdat), asam askorbat dan aquades.

4.5.2. Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas,

diantaranya adalah gelas ukur, Erlenmeyer, pipet ukur, pipet volume, labu ukur,

gelas beaker, corong, dan labu pemanas, ayakan ukuran 80 Mesh, oven, desikator,

kertas saring, termometer, pH meter, bola hisap, neraca analitik, pengaduk

magnetik. Peralatan instrumen yang digunakan adalah spektrofotometer fourier

40

transform inframerah (FTIR ZHIMADZU), peralatan instrumen spektrofotometer

UV-Vis ZHIMADZU.

4.6. Prosedur Penelitian

Penelitian ini terdiri dari 5 (lima) tahap yaitu :

1. Isolasi Khitin dari kulit udang

2. Proses Deasetilasi Khitin menjadi Khitosan

3. Pembuatan membran Khitosan

4. Analisa fosfat dalam air limbah laundry dengan spektofotometer UV-Vis

5. Proses pengolahan air limbah laundry dengan membran Khitosan dan

analisis kembali hasil penurunan fosfatnya setelah pengolahan air limbah

laundry dengan alat spektrofotometer UV-Vis.

4.6.1. Isolasi Khitin dari Kulit Udang

4.6.1.1. Pembuatan Tepung Kulit Udang

Kulit udang galah yang diambil dari limbah restoran di Kuta, dicuci

dengan air yang mengalir hingga bersih kemudian direbus. Untuk menghilangkan

kotorannya, setelah direbus kulit udang dicuci kembali dengan air hingga bersih

kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 110 – 1200C sampai beratnya

konstan. Setelah kering kemudian digiling dan diayak menggunakan ayakan 80

Mesh. Hasil yang lewat dari ayakan ini digunakan untuk memperoleh khitin.

4.6.1.2. Proses Deproteinasi

Sebanyak 100 gram tepung kulit udang dimasukkan ke dalam erlenmeyer

ukuran 1 L dan ditambahkan larutan NaOH 3,5% dengan perbandingan 1 : 10

(b/v) antara sampel dengan pelarut. Campuran tersebut dipanaskan pada suhu 65 –

700C selama 4 jam sambil dilakukan pengadukan pada 50 rpm. Selanjutnya

41

campuran tersebut disaring, didinginkan kemudian dicuci dengan aquades sampai

pH netral sehingga diperoleh khitin kasar bebas protein yang ditetapkan

menggunakan uji biuret, sampai tidak terbentuk warna ungu.

4.6.1.3. Proses Demineralisasi

Khitin kasar yang telah mengalami proses deproteinasi ditambah dengan

HCl 1,5 M dengan perbandingan 1 : 15 (b/v) antara sampel dengan pelarut.

Campuran dipanaskan pada suhu 70 – 800C selama 4 jam sambil dilakukan

pengadukan pada 50 rpm kemudian disaring. Padatan yang diperoleh dicuci

dengan aquades beberapa kali sampai pH netral. Untuk mengetahui HCl yang

digunakan telah habis tercuci dilakukan uji terhadap air hasil cucian dengan

memakai larutan AgNO3, sampai tidak diperoleh endapan putih (AgCl).

4.6.1.4. Proses Depigmentasi

Khitin yang telah mengalami demineralisasi ditambahkan etanol 70%

sebanyak 100 ml dilanjutkan dengan penyaringan, pencucian kembali dengan

aquades panas dan aseton untuk menghilangkan warna lalu dikeringkan pada suhu

800C selama 24 jam kemudian didinginkan dalam desikator lalu ditimbang.

Pengeringan dan pendinginan dilanjutkan dengan penimbangan berulang kali

hingga diperoleh berat konstan.

4.6.1.5. Uji Khitin

Identifikasi secara kualitatif senyawa khitin dilakukan dengan uji warna

Van Wesslink. Pada uji ini diambil sedikit serbuk hasil dari proses demineralisasi

ditetesi dengan larutan I2 dalam KI, apabila terjadi perubahan warna dari putih

krem menjadi coklat kemudian ditetesi dengan larutan asam sulfat terjadi

42

perubahan warna menjadi violet berarti senyawa tersebut merupakan senyawa

khitin. Selain itu dilakukan karakterisasi dengan FTIR.

4.6.2. Proses Deasetilasi Khitin menjadi Khitosan

Khitin yang diperoleh dari prosedur deproteinasi-demineralisasi,

dilakukan deasetilasi dengan menambahkan NaOH konsentrasi 50% dengan

perbandingan 1 : 20 (b/v) antara khitin dengan pelarut. Campuran diaduk dan

dipanaskan pada suhu 1200C selama 4 jam, kemudian larutan dipisahkan, disaring

kemudian dicuci dengan aquades sampai pH netral. Padatan yang diperoleh

dikeringkan pada suhu 800C selama 24 jam. Secara kualitatif untuk menguji

adanya khitosan dapat larut sempurna dalam asam asetat maka zat tersebut

merupakan khitosan. Secara kuantitatif khitosan yang diperoleh kemudian

dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR.

4.6.3. Pembuatan Membran Khitosan

1. Ditimbang sebanyak 4 gram serbuk khitosan dilarutkan dalam 200 mL

asam asetat (CH3COOH) 1% pada suhu ruangan.

2. Kedua bahan yang telah tercampur dihomogenkan dengan cara diaduk

mengggunakan pengaduk magnetik selama 24 jam, sehingga diperoleh

khitosan 2% kemudian di tuangkan dalam cetakan (petri dish diameter 9,6

cm) sebanyak 25 gram. Kemudian cetakan yang telah terisi larutan

khitosan diangin-anginkan selama 24 jam (sampai setengah kering)

selanjutnya cetakan dimasukkan ke dalam oven pada suhu 60oC selama 5

jam. Memastikan membran kering sempurna cetakan didiamkan selama 24

jam di udara terbuka.

43

3. Cara melepas membran dari cetakan dengan sebelumnya merendam

membrane dalam NaOH 4% selama ± 2 menit, selanjutnya direndam

dengan menggunakan aquabidestilat selama ± 5 menit, kemudian

membran di lepaskan dengan hati-hati dari cetakannya.

4. Langkah cara kerja no. 1 sampai no. 3 diulang untuk konsentrasi membran

khitosan 1,3,4 dan 5%.

4.6.4. Analisis Uji Tarik

Uji tarik membran khitosan dilakukan pada suhu kamar. Kekuatan tarik

membran dapat dilihat dari kekuatan tegangan (Nilai Load) yaitu kekuatan tarik

pada saat putus (kgf) dan regangan (Nilai Stroke) yaitu kekuatan regangan pada

saat putus. Nilai Load dan Stroke biasanya berbanding terbalik.

4.6.5. Analisis Fosfat dalam Air Limbah Laundry dengan Spektro UV-Vis

Air limbah laundry di bawa ke laboratorium Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas Udayana untuk dianalisis kadar fosfat total dengan alat

Spektofotometer UV-Vis pada panjang gelombang λ = 660 nm.

4.6.6. Proses pengolahan air limbah laundry dengan membran Khitosan

Membran khitosan digunakan untuk menurunkan kadar fosfat total dalam

air limbah laundry. Sebelum membran di aplikasikan untuk menurunkan kadar

fosfat dalam air limbah laundry, dilakukan simulasi penurunan fosfat

menggunakan larutan standar fosfat (larutan KH2PO4 10 ppm) Adapun tahapan

cara kerjanya sebagai berikut :

1. Membran khitosan dengan konsentrasi 1% di taruh di dalam corong

Buchner sampai menutupi seluruh lingkar dalam corong.

44

2. Larutan standar fosfat (larutan KH2PO4 10 ppm) dituang menggunakan

corong sebanyak 50 mL dimasukan ke dalam biuret, kemudian alirannya

diatur agar jatuh tepat di tengah-tengah corong Buchner yang telah

dipasang membran khitosan.

3. Permeat yang diperoleh setiap 30 menit sampai rentang waktu 2 jam (30,

60, 90 dan 120 menit) diambil, selanjutnya permeat tersebut dianalisis

dengan spektrofotometer UV-Vis (λ = 660 nm), untuk mengetahui

penurunan kadar fosfat total tiap waktu tersebut di atas.

4. Langkah no. 1 sampai no. 3 diulangi dengan konsentrasi khitosan dalam

membran 2, 3, 4 dan 5%. Berdasarkan hasil pengukuran akan diperoleh

kondisi optimum konsentrasi membran khitosan dan waktu optimum

penurunan kadar fosfat dalam larutan standar. Kondisi optimum yang

diperoleh itu (baik konsentrasi membran khitosan dan waktu kontak) akan

diaplikasi untuk mengetahui efektifitas dari membran khitosan terhadap

penurunan kadar fosfat total dalam air limbah laundry.

45

BAB V

HASIL PENELITIAN

5.1. Isolasi Khitin dari Kulit Udang

5.1.1. Tepung Kulit Udang

Kulit udang yang digunakan dari jenis udang galah, diperoleh dari limbah

restoran di daerah Kuta. Kulit udang dibersihkan kemudian dikeringkan

selanjutnya dihaluskan dan diperoleh tepung kulit udang yang berwarna pink

seperti yang terdapat pada Gambar 5.1b.

(a) (b)

Gambar 5.1. a. Kulit Udang

b.Tepung Kulit Udang

5.1.2. Proses Deproteinasi

Proses deproteinasi, ditimbang 100,07 gram tepung kulit udang

direaksikan dengan 1000 mL larutan NaOH 3,5% di taruh di atas alat pengaduk

magnetik pada suhu 65-70oC dan pengadukkan 50 rpm selama 4 jam, setelah

pengeringan diperoleh berat khitin kasar sebanyak 57,95 gram, seperti yang

terdapat pada Gambar 5.2.b.

46

(a) (b)

Gambar 5.2.a. Pengaduk Magnetik

b. Khitin Kasar

5.1.3. Proses Demineralisasi

Proses demineralisasi, khitin kasar sebanyak 57,95 gram direaksikan

dengan 869,25 mL HCl 1,5 M di taruh di atas alat pengaduk magnetik pada suhu

70-80oC dan pengadukan 50 rpm selama 4 jam, setelah proses demineralisasi

dilanjutkan dengan proses depigmentasi diperoleh khitin sebanyak 20,37 gram.

Seperti yang terdapat pada Gambar 5.3.

Gambar 5.3. Khitin

47

5.1.4. Uji Khitin

Uji adanya khitin secara kualitatif dilakukan dengan uji warna Van

Wesslink, yaitu khitin yang diperoleh dari hasil isolasi dengan beberapa proses di

atas direaksikan dengan I2 dalam KI hasilnya dapat menjadi berwarna coklat

kemudian diteteskan H2SO4 berubah menjadi berwarna violet (keunguan) ini

menunjukkan zat hasil isolasinya positif menunjukkan adanya khitin. Secara

kuantitatif adanya senyawa khitin dari proses isolasi di atas dilakukan

karakterisasis dengan FTIR. Spektra hasil FTIR khitin terdapat pada Lampiran 10.

Tabel 5.1 Karakteristik Khitin Kulit Udang

Gugus Fungsi Bilangan gelombang (cm

-1) Khitin

Literatur* Percobaan

OH

N – H ulur

C – H ulur

C = O ulur

N – H bengkokan

CH3

C – O – C

N – H kibasan

3448

3300-3250

2891

1680-1640

1560-1530

1419

1072

750-650

3473,80

3265,49

2883,58

1647,21

1560,41

1384,89

1029,99

707,88

(*Stuart, 2003)

5.2. Proses Deasetilasi Khitin menjadi Khitosan

Khitin sebanyak 20,35 gram direaksikan dengan 407 mL NaOH 50% di

letakkan di atas alat pengaduk magnetik pada suhu 120oC selama 4 jam, dan

setelah proses deasetilasi diperoleh khitosan sebanyak 14,23 gram (Gambar 5.4).

Uji khitosan yang dihasilkan dilakukan dengan melarutkan khitosan ke dalam

larutan asam asetat 1%, ternyata zat yang dihasilkan dari proses deasetilasi larut

dengan baik. Berarti senyawa itu secara kualitatif merupakan senyawa khitosan,

48

dan analisis secara kuantitaif dapat dilakukan dengan analisis FTIR untuk

mengetahui gugus-gugusnya. Derajat deasetilasinya diperoleh 66,27%

perhitungan derajat deasetilasi terdapat pada Lampiran 9.

Gambar 5.4. Khitosan

Tabel 5.2 Karakteristik Khitosan Kulit Udang

Gugus Fungsi Bilangan gelombang (cm

-1) Khitosan

Literatur* Percobaan

OH

N – H ulur

C – H ulur

NH2 guntingan

N – H bengkokan

CH3

C – O – C

NH2 kibasan dan Pelintiran

N – H kibasan

3450,0

3335,0

2891,1

1655,0

1419,5

1072,3

850,0-750,0

715,0

3475,73

3282,84

2879,72

1658,78

1423,47

1045,42

898,83

663,51

(*Stuart, 2003)

5.3. Pembuatan Membran Khitosan

Pembuatan membran khitosan dengan melarutkan 4 gram khitosan dalam

200 mL asam asetat 1% (untuk konsentrasi membran khitosan 2%), kemudian

dihomogenkan dengan pengadukan selama 24 jam. Campuran yang yang telah

49

homogen dibiarkan selama 24 jam baru selanjutnya dicetak menggunakan petri

dish (diameter 9,6 cm). Pelarut asam asetat diuapkan, diteruskan dengan melepas

membran dari cetakan secara hati-hati agar membran tidak robek. Membran yang

telah dilepas dari cetakan mempunyai penampilan tipis transparan, tampak pada

Gambar 5.5. di bawah ini.

Gambar 5.5. Membran Khitosan

5.4. Analisis Uji Tarik

Uji tarik membran khitosan dilakukan setelah membran kering pada suhu

kamar. Untuk mengetahui respon mekanik membran khitosan terhadap

pembebanan tarik satu arah (uniaksial) dilakukan uji tarik menggunakan alat

Screw Test Stand dengan ukuran lebar (l) = 5,79 mm dan panjang awal (Lo) =

30,15 mm yang sama untuk masing-masing konsentrasi membran khitosan.

Pengukuran tebal membran dilakukan dengan menggunakan alat mikrometer

skrup, dimana diperoleh hasil pengukuran dalam satuan millimeter (mm) yang

dipergunakan menghitung luas penampang membran saat mengetahui kekuatan

tarik membran. Gambar alat dan bentuk membran saat dilakukan uji tarik terdapat

pada Lampiran 3.

50

Hasil pengukuran uji tarik masing-masing membran terdapat pada Tabel 5.3

sampai Table 5.7.

Tabel 5.3. Data Uji Tarik Membran Khitosan 1% (tebal membran 0,04 mm)

ΔL(mm) F(Kgf) Rata-rata

F(Kgf) Ulangan I Ulangan II Ulangan III

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

0,00

0,05

0,20

0,30

0,45

0,55

0,70

0,80

0,95

1,15

1,20

1,30

1,35

1,35

putus

0,00

0,05

0,20

0,35

0,45

0,55

0,65

0,80

0,95

1,15

1,20

1,30

1,35

1,35

Putus

0,00

0,05

0,20

0,35

0,40

0,50

0,65

0,85

0,95

1,15

1,20

1,30

1,35

1,35

putus

0,00

0,05

0,20

0,33

0,43

0,53

0,67

0,82

0,95

1,15

1,20

1,30

1,35

1,35

Putus

51




0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

3.60

4.00

4.40

4.80

5.20

5.60

6.00

6.40

6.80

7.20

7.60

8.00

8.40

8.80

9.20

9.60

10.00

10.40

10.80

0,00

0,40

0,75

1,00

1,40

1,85

2,25

2,65

3,00

3,35

3,70

4,05

4,45

4,80

5,15

5,50

5,80

6,25

6,60

6,95

7,25

7,70

7,95

8,20

8,55

9,05

9,05

putus

0,00

0,45

0,70

1,00

1,40

1,85

2,20

2,65

3,00

3,35

3,70

4,05

4,45

4,80

5,15

5,60

6,00

6,35

6,70

7,05

7,45

7,75

8,10

8,30

8,65

9,05

9,05

Putus

0,00

0,45

0,75

1,05

1,40

1,80

2,20

2,65

3,00

3,35

3,70

4,05

4,40

4,80

5,20

5,50

5,90

6,30

6,70

6,95

7,35

7,75

8,05

8,30

8,65

9,05

9,05

putus

0.00

0.43

0.73

1.02

1.40

1.83

2.22

2.65

3.00

3.35

3.70

4.05

4.43

4.80

5.17

5.53

5.90

6.30

6.67

6.98

7.35

7.73

8.03

8.27

8.62

9.05

9.05

putus

52




0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

3.60

4.00

4.40

4.80

5.20

5.60

6.00

6.40

6.80

7.20

7.60

8.00

8.40

8.80

9.20

9.60

10.00

10.40

10.80

11.20

11.60

12.00

12.40

12.80

13.20

0,00

0,40

0,60

1,00

1,40

1,65

2,05

2,50

2,90

3,30

3,60

4,05

4,50

4,85

5,20

5,60

6,00

6,35

6,65

7,05

7,45

7,85

8,20

8,60

9,00

9,45

9,75

10,10

10,50

10,90

11,25

11,25

11,25

putus

0,00

0,45

0,70

1,15

1,50

1,85

2,15

2,65

3,00

3,40

3,65

4,20

4,55

4,90

5,20

5,70

6,05

6,40

6,80

7,20

7,50

7,95

8,30

8,60

9,00

9,40

9,75

10,10

10,50

10,90

11,20

11,25

11,25

putus

0,00

0,45

0,70

1,10

1,40

1,80

2,10

2,65

2,90

3,40

3,65

4,15

4,55

4,95

5,20

5,70

6,05

6,35

6,65

7,15

7,50

7,90

8,30

8,60

9,00

9,45

9,75

10,10

10,55

10,90

11,25

11,25

11,25

putus

0.00

0.43

0.67

1.12

1.43

1.77

2.10

2.60

2.93

3.33

3.63

4.13

4.53

4.90

5.20

5.67

6.03

6.37

6.70

7.13

7.48

7.90

8.27

8.60

9.00

9.43

9.75

10.10

10.52

10.90

11.25

11.25

11.25

putus

53




0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

3.60

4.00

4.40

4.80

5.20

5.60

6.00

6.40

6.80

7.20

7.60

8.00

8.40

8.80

9.20

9.60

10.00

10.40

10.80

11.20

0,00

0,35

0,65

1,00

1,40

1,70

2,10

2,50

2,85

3,20

3,60

4,00

4,40

4,65

5,05

5,45

5,75

6,15

6,55

6,90

7,25

7,60

7,90

8,20

8,50

8,70

8,70

8,65

putus

0,00

0,25

0,60

0,80

1,30

1,60

2,00

2,45

2,85

3,10

3,50

3,90

4,30

4,65

5,05

5,50

5,80

6,20

6,55

7,00

7,30

7,70

8,05

8,20

8,60

8,75

8,80

8,80

putus

0,00

0,30

0,70

1,05

1,30

1,60

2,10

2,45

2,80

3,10

3,50

3,90

4,30

4,65

5,05

5,50

5,80

6,15

6,55

7,00

7,35

7,70

7,95

8,20

8,60

8,75

8,80

8,85

putus

0.00

0.30

0.65

0.98

1.33

1.63

2.07

2.47

2.83

3.13

3.53

3.93

4.33

4.65

5.05

5.48

5.78

6.17

6.55

6.97

7.30

7.67

7.97

8.20

8.57

8.73

8.77

8.77

putus

54




0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

3.60

4.00

4.40

4.80

5.20

5.60

6.00

6.40

6.80

7.20

7.60

8.00

8.40

8.80

9.20

9.60

10.00

10.40

10.80

11.20

11.60

12.00

0,00

0,40

0,70

1,10

1,55

1,95

2,30

2,65

3,10

3,50

3,85

4,20

4,60

5,00

5,40

5,65

6,10

6,50

6,90

7,25

7,55

7,95

8,35

8,60

9,00

9,40

9,75

10,25

10,70

10,80

putus

0,00

0,40

0,70

1,05

1,45

1,90

2,25

2,60

3,05

3,45

3,75

4,20

4,55

4,95

5,35

5,65

6,05

6,45

6,80

7,15

7,55

7,95

8,30

8,65

9,05

9,45

9,75

10,20

10,85

10,85

putus

0,00

0,40

0,70

0,15

1,50

1,85

2,25

2,70

3,15

3,55

3,80

4,20

4,60

5,05

5,45

5,60

6,00

6,55

6,90

7,30

7,60

8,00

8,40

8,65

9,10

9,55

9,80

10,25

10,90

10,90

putus

0.00

0.40

0.70

1.10

1.50

1.90

2.27

2.65

3.10

3.50

3.80

4.20

4.58

5.00

5.40

5.63

6.05

6.50

6.87

7.23

7.57

7.97

8.35

8.63

9.05

9.47

9.77

10.23

10.82

10.85

putus

55

5.5. Pembuatan Kurva Kalibrasi dengan Larutan Standar Fosfat

Kurva kalibrasi dibuat dengan mengukur absorbansi larutan standar fosfat

yang sudah diketahui konsentrasinya. Larutan standar fosfat yang dipakai berasal

dari senyawa KH2PO4 bervariasi konsentrasi (ppm) sebanyak 10 mL ditambahkan

pereaksi fosfat sebanyak 1 mL, kemudian ditambahkan dengan sedikit asam

askorbat selanjutnya campuran tersebut dipanaskan dalam penangas air selama 15

menit menghasilkan warna biru dan menggunakan alat spektrofotometer UV-Vis

diukur absorbansinya pada panjang gelombang (λ = 660 nm). Data pengukuran

absorbansi larutan standar fosfat terdapat pada Tabel 5.8 di dawah ini:

Tabel 5.8. Absorbansi Larutan Standar Fosfat

Konsentrasi (ppm) Absorbansi (λ = 660 nm)

0

1

5

10

15

20

0,000

0,088

0,345

0,684

0,927

1,237

5.6. Hasil Pengukuran Fluks Membran Khitosan dengan Menggunakan Air

Pengukuran fluks membran khitosan (jumlah volume permeat yang

melewati satuan luas membran dalam waktu tertentu) dilakukan dengan

mengalirkan air ke dalam membran (luas membran = 6,79x10-3

m2) yang telah

dipasang pada alat vakum rentang waktu 30 menit dan tekanan vacumnya sekitar

350 mbar. Hasil yang diperoleh untuk setiap membran disajikan dalam Tabel 5.9

berikut ini :

56

Tabel 5.9. Fluks Membran Khitosan

Konsentrasi membran khitosan (%) Volume permeat (mL)

1

2

3

4

5

24,5

20,0

18,5

19,0

19,0

5.7. Penurunan Kadar Fosfat dalam Larutan Standar

Simulasi penurunan kadar fosfat pada larutan KH2PO4 10 ppm (standar

fosfat 10 ppm), data kosentrasi perlakuannya seperti Tabel 5.10. Hasil terbaik

penurunan konsentrasi larutan standar fosfat 10 ppm dengan membran khitosan

(baik konsentrasi dan waktu kontak optimum) dipakai untuk aplikasi penurunan

fosfat pada air limbah laundry.

Tabel 5.10. Konsentrasi Permeat Larutan Standar Fosfat 10 ppm

Konsentrasi

membran

khitosan(%)

Waktu

kontak

(menit)

Ulangan konsentrasi Konsentrasi

rata-rata I II III

1 30

60

90

120

8.265140

6.135092

7.100270

6.334784

7.449731

6.501194

6.784091

5.968682

7.616141

6.318143

6.700886

6.434630

7.782551

6.318143

6.867296

6.251579

2 30

60

90

120

4.787171

4.204736

4.104890

4.171454

4.454351

3.805352

4.188095

4.204736

4.387787

3.788711

4.088249

3.988403

4.537556

3.938480

4.121531

4.121531

3 30

60

90

120

3.256199

2.657123

3.572378

3.722147

3.489173

2.523995

3.805352

3.622301

3.372686

2.474072

3.772070

3.888557

3.372686

2.557277

3.722147

3.738788

4 30

60

90

120

4.088249

3.888557

4.104890

4.287941

4.104890

4.054967

4.470992

4.154813

4.304582

4.238018

4.271300

4.188095

4.171454

4.054967

4.287941

4.204736

5 30

60

90

120

4.154813

3.855275

4.254659

4.104890

3.888557

3.688865

4.005044

4.154813

4.088249

3.655583

3.871916

4.088249

4.038326

3.738788

4.038326

4.121531

57

Tabel 5.11. Karakteristik Air Limbah Laundry

No Parameter Sebelum perlakuan Sesudah perlakuan

1 Warna Keruh Jernih

2 pH 9 8

3 Absorbansi 1.105 0.071

5.8. Proses Pengolahan Air Limbah Laundry dengan Membran Khitosan

Hasil permeat larutan standar fosfat 10 ppm yang dipakai simulasi untuk

menurunkan kadar fosfat menunjukkan pada konsentrasi membran khitosan 3%

dan waktu kontak 60 menit penurunan konsentrasinya paling rendah. Konsentrasi

membran 3% dan waktu kontak 60 menit akan diaplikasikan untuk menurunkan

kadar fosfat dalam air limbah laundry. Data penurunan konsentrasi fosfat dalam

air limbah laundry secara filtrasi menggunakan membran khitosan konsentrasi 3%

dan waktu kontak 60 menit terdapat pada Tabel 5.12.

Tabel 5.12. Konsentrasi Permeat Air Limbah Laundry

Permeat

tingkat ke

Konsentrasi ulangan Rata-rata

I II III

I 14.455592 13.906439 14.089490 14.156054

II 10.944341 10.644803 10.711367 10.761290

III 6.035246 5.386247 5.802272 5.735708

IV 0.576998 0.344024 0.443870 0.460511

58

BAB VI

PEMBAHASAN

6.1. Isolasi Khitin dari Kulit Udang

6.1.1. Proses Deproteinasi

Proses deproteinasi bertujuan untuk menghilangkan protein dalam kulit

udang menggunakan larutan NaOH 3,5 % pada suhu 70oC dengan pengadukan 50

rpm selama 4 jam. Apabila digunakan larutan NaOH dengan konsentrasi dan suhu

lebih tinggi akan menyebabkan terjadi proses deasetilasi. Pengadukan dan

pemanasan ini berfungsi untuk mempercepat pengikatan ujung rantai protein

dengan NaOH sehingga proses degradasi dan pengendapan akan berlangsung

sempurna (Austin, 1981). Protein dari kulit udang akan terekstraksi dalam bentuk

Na-proteinat, ion Na+ dari NaOH akan mengikat ujung rantai protein yang

bermuatan negatif. Pada proses deproteinasi, dari 100 gram tepung kulit udang

(sampel) yang digunakan setelah proses diperoleh khitin kasar sebanyak 57,95

gram. Pengurangan massa sebanyak 42,05% merupakan jumlah protein dalam

kulit udang yang sudah dihilangkan dalam proses deproteinasi. Kandungan

protein dalam kulit udang berkisar antara 25 – 40% (Marganof, 2003).

6.1.2. Proses Demineralisasi

Proses demineralisasi bertujuan untuk menghilangkan senyawa anorganik

atau mineral yang terdapat pada kulit udang. Kandungan mineral utamanya

adalah CaCO3 dan Ca3(PO4)2 dalam jumlah kecil, mineral ini lebih mudah

dipisahkan dibandingkan dengan protein karena hanya terikat secara fisik. Pada

proses demineralisasi dari 57,95 khitin kasar bebas protein yang digunakan setelah

proses demineralisasi (menggunakan HCl) diperoleh khitin sebanyak 20,37 gram,

59

sehingga diperoleh persentase khitin dalam sampel sebanyak 20,37%. Hasil khitin

yang diperoleh pada penelitian ini sesuai dengan peneliti sebelumnya yang

menyatakan kandungan khitin dalam kulit udang berkisar antara 15 – 20%

(Marganof, 2003). Pengurangan massa sebanyak 64,85% dari khitin bebas protein,

menunjukkan larutnya mineral yang terkandung dalam kulit udang sebanyak

64,85%. Kulit udang keras karena mengandung CaCO3 dan Ca3(PO4)2,

penambahan HCl menyebabkan terdagradasi membebaskan gas CO2 yang

ditandai dengan keluarnya gelembung gas. Reaksinya sebagai berikut:

CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Ca3(PO4)2(s) + 6HCl(aq) 3CaCl2(aq) + 2H3PO4(aq)

Khitin yang dihasilkan dicuci dengan aquades sampai pH netral,

selanjutnya dilakukan depigmentasi dengan aseton dan alkohol untuk

menghilangkan zat warna. Proses pencucian kembali dilakukan untuk mencegah

degradasi produk selama pengeringan, sehingga diperoleh serbuk khitin halus

yang berwarna putih krem. Khitin yang diperoleh dikarakterisasi secara FTIR

untuk identifikasi gugus-gugus aktifnya. Spektra FTIR pembentukan senyawa

khitin pada penelitian ini pada daerah serapan bilangan gelombang sekitar

3473,80 cm-1

menunjukkan serapan gugus hidroksil (secara literatur serapan

gugus hidroksil pada bilangan gelombang 3448 cm-1

). Terjadi perbedaan serapan

gugus hidroksil pada hasil penelitian ini disebabkan masih adanya gugus asetil

yang terikat kuat pada struktur senyawa khitin. Sedangkan gugus amina (ikatan N-

H ulur) muncul di daerah 3265,49 cm-1

(literatur menunjukan di daerah 3250-

3300 cm-1

), (ikatan C-H) pada daerah 2883,58 cm-1

(literatur 2891 cm-1

), gugus

amida (ikatan C=O ulur) muncul di daerah 1647,21 cm-1

(literatur1640-1680 cm-1

),

60

serapan ikatan N-H bengkokan muncul pada bilangan gelombang 1560,41 cm-1

(literatur 1530-1560 cm-1

), dan gugus amina (ikatan N-H kibasan) muncul di

daerah 707,88 cm-1 (literatur 650-750 cm-1

). Munculnya serapan amina (ikatan N-

H bengkokan) pada daerah 1560,41 cm-1

, dimana pada daerah ini sudah melewati

kisaran literatur menunjukan pada proses deproteinasi dengan basa kuat khitin

kasar sedikit mengalami deasetilasi.

6.2. Proses Deasetilasi Khitin menjadi Khitosan

Proses deasetilasi merupakan proses penghilangan gugus asetil (-COCH3)

dari khitin menggunakan larutan alkali agar berubah menjadi gugus amina (-NH2).

Khitin mempunyai struktur kristalin yang panjang dengan ikatan hidrogen yang

kuat antara atom nitrogen dan gugus karboksilat pada rantai bersebelahan

(Muzzarelli, 1986). Untuk memutuskan ikatan antara gugus asetilnya dengan

gugus nitrogen sehingga berubah menjadi gugus amina (-NH2) perlu digunakan

natrium hidroksida (NaOH) dengan konsentrasi 50% dan waktu deasetilasi selama

4 jam. Penggunaan larutan alkali dengan konsentrasi yang tinggi dapat

mempengaruhi besarnya derajat deasetilasi yang dihasilkan, karena derajat

deasetilasi sebanding dengan daya adsorpsi khitosan. Pemutusan gugus asetil pada

khitin mengakibatkan khitosan bermuatan positif sehingga dapat larut dalam asam

organik (Bastaman, 1989) seperti asam asetat ataupun asam formiat.

Khitosan yang dihasilkan sebanyak 14,23 gram dari proses deasetilasi

20,35 gram serbuk khitin, ada pengurangan massa akibat mengalami proses

deasetilasi sehingga diperoleh persentase perubahan khitin menjadi khitosan

sebesar 69,93% (dapat dilihat pada Lampiran 10) dengan penampilan serbuk yang

berwarna putih krem. Hasil yang diperoleh ini sesuai dengan penelitian

61

sebelumnya yaitu kadar khitosan dari khitin kulit udang lebih besar dari 50%

(Marganov, 2003).

Spektra FTIR khitosan (Lampiran 11) menunjukkan adanya serapan pada

daerah bilangan gelombang (cm-1

) 3475,73 (O-H stretching), 1658,78 (C=O

amida). Spektra pada bilangan gelombang 1658,78 cm-1

(puncak amida) masih

muncul disebabkan khitosan yang dihasilkan belum terasetilasi seluruhnya.

Kualitas khitosan juga dapat diketahui dari besarnya persen derajat deasetilasi.

Perhitungan derajat deasetilasi khitosan dengan metode garis Moore dan Robert

digunakan untuk mengetahui persen derajat deasetilasi (DD) khitosan kulit udang.

Secara umum kebanyakan publikasi menyebutkan istilah khitosan apabila derajat

deasetilasi lebih besar dari 70%. Pada penelitian ini diperoleh persen derajat

deasetilasi sebesar 66,27% (perhitungan DD khitosan terdapat pada Lampiran 9),

hal ini menunjukan belum seluruhnya khitin terasetilasi menjadi khitosan. Masih

rendahnya hasil DD khitosan ini disebabkan oleh faktor pengadukan, suhu dari

yang ditampilkan pada alat kurang maksimal ataupun jenis habitat serta

pemeliharaan udang galah yang dipergunakan.

6.3. Pembuatan Membran Khitosan

Proses pembuatan membran dengan melarutkan khitosan dalam asam

asetat 1% kemudian diaduk dengan alat pengaduk magnetik selama 24 jam

bertujuan agar diperoleh larutan yang homogen. Khitosan dengan konsentrasi 1%

paling mudah melarut dalam asam asetat karena kondisi larutan yang encer (lebih

banyak pelarutnya) menghasilkan membran yang paling tipis dan transparan.

Khitosan dengan kosentrasi 2%, 3% larut dengan baik dalam asam asetat menjadi

larutan yang sempurna sehingga menghasilkan membran yang halus. Sedangkan

62

khitosan dengan konsentrasi 4% dan 5% dalam asam asetat menghasilkan larutan

yang agak kental karena mengalami kejenuhan. Pencetakan membran dengan

konsentrasi khitosan 1%, 2%, 3%, 4%, dan 5% pada cetakan (petri dish),

melepaskan membran setelah proses penguapan pelarutnya melalui teknik infersi

fasa yaitu dengan merendam membran menggunakan NaOH 4% selama 2 menit

dilanjutkan dengan menggunakan aquabides selama 5 menit. Penggunaan larutan

NaOH berfungsi sebagai larutan nonpelarut yang dapat berdifusi ke bagian bawah

membran yang berhimpit dengan kaca sehingga membran akan terdorong ke atas

dan terkelupas. Pencucian dengan aquabides bertujuan untuk menghilangkan sisa-

sisa NaOH sehingga pH-nya menjadi netral.

6.4. Analisis Uji Tarik

Kekuatan tarik merupakan reaksi ikatan antara atom-atom atau antara

ikatan-ikatan dalam polimer terhadap gaya luar atau tegangan. Melalui pengujian

kekuatan tarik diperoleh kurva ζ = tegangan (stress) terhadap = regangan

(strain). Informasi yang diperoleh dari kurva ini untuk polimer adalah kekuatan

tarik dan perpanjangan dari bahan. Untuk menghitung tegangan dapat digunakan

rumus ζ = dimana ζ : tegangan (Kgf/mm2), F : tegangan (Kgf), A ; luas

penampang lintang (mm2). Sedangkan penambahan panjang (regangan) dapat

dihitung dengan rumus ε = x100% dimana ε : regangan (%), ΔL :

pertambahan panjang (mm), Lo : panjang mula-mula (mm). Perhitungan nilai

tegangan dan regangan terdapat pada Lampiran 3. Gambar grafik hubungan antara

tegangan dan regangan masing-masing membran terdapat pada Gambar 6.1.

sedangkan data nilai uji tarik semua membran terlihat pada tabel 6.1.

63

Tabel 6.1. Hasil Uji Tarik Membran Khitosan

Membran

(%)

Tebal

(mm)

ΔL

(mm)

Lo

(mm)

ε

(%)

F

(Kgf)

A

(mm2)

ζ

(Kgf/mm2)

1 0.04 2.60 30.15 8.62 1.35 0.23 5.83

2 0.07 10.40 30.15 34.49 9.05 0.41 22.33

3 0.09 12.80 30.15 42.45 11.25 0.52 21.59

4 010 10.80 30.15 35.82 8.77 0.58 15.15

5 0.12 11.60 30.15 38.47 10.85 0.69 15.62

Gambar 6.1. Grafik hubungan antara tegangan dan

Regangan membran khitosan

Keterangan warna pada grafik :

Warna biru : kekuatan tarik membran khitosan 1%

Warna merah : kekuatan tarik membran khitosan 2%

Warna hijau : kekuatan tarik membran khitosan 3%

Warna ungu : kekuatan tarik membran khitosan 4%

Warna hitam : kekuatan tarik membran khitosan 5%

Gambar grafik 6.1. menunjukkan membran khitosan dari kulit udang

bersifat keras dan getas. Membran khitosan dengan konsentrasi 3% memiliki

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

σ

Tega

nga

n

ε Regangan

64

kekuatan tarik dan perpanjangan (regangan) yang paling tinggi dibandingkan

dengan membran khitosan konsentrasi 1%, 2%, 4% ataupun konsentrasi 5%

datanya dapat dilihat pada tabel 6.1. Hal ini terjadi karena khitosan dapat larut

dengan baik dalam membran khitosan 3% sehingga menghasilkan membran

dengan struktur pori yang merata pada seluruh permukaannya, bersifat elastis

mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan regangan semakin kuat.

6.5. Pembuatan Kurva Kalibrasi Standar Fosfat

Larutan KH2PO4 digunakan sebagai standar fosfat dengan menggunakan

pereaksi fosfat (Ammonium Molybdat- Asam Sulfat) menghasilkan asam fosfo

milibdat pada suasana asam (penambahan asam askorbat) akan mengalami reduksi

menjadi molybdenum yang warna biru. Warna biru yang terjadi diukur dengan

spektofotometer, dimana warna yang dihasilkan ini sebanding dengan konsentrasi

fosfat dalam larutan (Effendi, 2003). Hasil pengukuran dengan alat

spektofotometer berupa nilai absorbansi, sehingga dibuat kurva kalibrasi standar

fosfat menggunakan larutan KH2PO4 bertujuan untuk menentukan konsentrasi

fosfat dari data absorbansi yang terukur menggunakan alat spektrofotometer UV-

Vis (λ = 660 nm). Melalui perhitungan regresi linear menggunakan persamaan

y = mx + b diperoleh kurva kalibrasi standar fosfat terdapat pada Lampiran 6.

6.6. Perhitungan Fluks Membran Khitosan dengan Menggunakan Air

Fluks dapat diartikan sebagai jumlah volume permeat yang melewati

satuan luas membran dalam waktu tertentu dengan adanya gaya dorong dalam hal

ini berupa tekanan (Mulder, 1996). Fluks (J) membran khitosan dapat dihitung

dengan menggunakan rumus : ; dimana V = volume permeat, A (luas

permukaan membran) = 6,79.10-3

m2 dan t (waktu) = 0,5 jam dengan tekanan

65

yang bekerja pada pompa vakum sebesar 350 mbar. Hasil perhitungan fluks

membran khitosan 1%, 2%, 3%, 4% dan 5% terdapat pada Tabel 6.1.

Tabel 6.2. Hasil perhitungan fluks membran khitosan

Membran khitosan

(%)

Volume permeat

(10-3

Lt)

Fluks (Lt/m2.jam)

1

2

3

4

5

24,5

20,0

18,5

19,0

19,0

7,22

5,89

5,45

5,60

5,60

Fluks membran yang paling besar terdapat pada membran khitosan 1%,

sedangkan fluks terkecil ada pada membran khitosan 3%. Semakin besar

konsentrasi membran khitosan maka fluks semakin menurun, hal ini terjadi dari

membran khitosan konsentrasi 1% sampai pada konsentrasi membran khitosan

3%, sedangkan pada konsentrasi membran khitosan 4% dan 5% nilai fluks

mengalami kenaikkan kembali. Kondisi ini disebabkan pada membran khitosan

1% kelarutan khitosan sangat encer sehingga menghasilkan struktur membran

dengan pori-pori yang tidak merata, sedangkan kondisi membran 2% dan 3%

menghasilkan struktur membran dengan pori-pori yang lebih merata karena pada

konsentrasi membran 2% kelarutan khitosan semakin baik dan melarut dengan

sempurna pada membran khitosan 3%. Pada konsentrasi membran khitosan 4%

dan 5% terjadi peningkatan fluks, kondisi ini disebabkan kelarutan khitosan pada

membran 4% mengalami penurunan dan pada konsentrasi membran 5% kelarutan

khitosan mengalami kejenuhan dengan timbulnya gumpalan pada larutan yang

menyebabkan saat membentuk membran menghasilkan pori-pori yang tidak

merata pada seluruh permukaan membran.

66

6.7. Penurunan Kadar Fosfat dalam Larutan Standar

Pada penelitian ini penurunan kadar fosfat dilakukan pada larutan standar

fosfat dengan konsentrasi 10 ppm menggunakan membran khitosan 1%, 2%, 3%,

4% dan 5% dengan waktu kontak 30, 60, 90 dan 120 menit. Hasil optimal pada

perlakuan larutan standar fosfat 10 ppm baik konsentrasi membran khitosan

maupun waktu kontak akan dipilih dan diaplikasikan untuk menurunkan kadar

fosfat dalam air limbah laundry. Berdasarkan hasil uji statistik deskriptif ANOVA

satu jalur, diketahui bahwa nilai signifikansi pada setiap unit uji berada dibawah

taraf signifikansi α = 5% (p<0,05). Hal ini dapat diinterpretasikan bahwa hipotesis

yang diajukan diterima, sehingga membran khitosan dari kulit udang dapat

digunakan untuk menurunkan kadar fosfat dalam air limbah laundry. Data analisis

ANOVA dapat dilihat pada Lampiran 8.

Perhitungan penurunan konsentrasi fosfat 10 ppm setelah perlakuan dari

nilai absorbansi pengukuran menggunakan alat spektrofotometer dapat dilihat

pada Lampiran 7. Konsentrasi yang paling optimal untuk menurunkan kadar fosfat

dalam larutan standar fosfat 10 ppm terdapat pada membran khitosan dengan

konsentrasi 3% dan waktu kontak maksmum pada 60 menit, sehingga kondisi ini

dipakai untuk menurunkan kadar fosfat dalam air limbah laundry. Faktor lain

yang mendukung dari sifat fisik membran yang dilakukan dengan uji tarik

menunjukan kekuatan tarik dan regangan maksimum terdapat pada membran

khitosan 3%. Hasil perlakuan standar fosfat 10 ppm dengan membran khitosan

3% dan waktu kontak 60 menit seperti pada Tabel 6.3. berikut ini:

67

Tabel 6.3. Konsentrasi Standar Fosfat 10 ppm sebelum dan setelah

Perlakuan

Permeat tingkat

ke

Absorbansi Konsentrasi

(ppm)

Persen (%)

Penurunan

Konsentrasi

Sebelum filtrasi 0.684 10.00 100

I 0.197 2.56 74.4

II 0.040 Tak terdeteksi Tak terdeteksi

6.8. Proses Pengolahan Air Limbah Laundry dengan Membran Khitosan

Membran khitosan 3% dan waktu kontak 60 menit merupakan kondisi

optimal, sehingga diaplikasikan untuk menurunkan fosfat total dalam air limbah

laundry. Hasil konsentrasi fosfat dalam air limbah laundry sebelum dan setelah

perlakuan terdapat pada Tabel 6.3.di bawah ini :

Tabel 6.4. Konsentrasi Fosfat dalam Air Limbah Laundry sebelum dan

setelah Perlakuan

Permeat tingkat

ke

Rata-rata

Absorbanksi

Rata-rata

Konsentrasi

(ppm)

Persen (%)

Penurunan

Konsentrasi

Sebelum filtrasi 1.105 17.667305 100.00

I 0.894 14.156054 19.86

II 0.690 10.761290 39.11

III 0.388 5.735708 67.52

IV 0.071 0.460511 97.40

Konsentrasi fosfat dalam air limbah laundry sebelum perlakuan 17.67

ppm, menurun secara perlahan-lahan sampai konsentrasi 0.46 ppm (turun sampai

97.40%) setelah 4 kali filtrasi secara bertingkat menggunakan membran khitosan

3% dan waktu kontak 60 menit. Penurunan fosfat dalam jumlah yang sedikit oleh

membran khitosan pada setiap tingkat penyaringan disebabkan air limbah laundry

selain memiliki kandungan fosfat juga tercampur material lain seperti lemak yang

terikat oleh gugus hidrofob dari detergen selama proses pencucian ataupun

surfaktan penyusun detergen itu sendiri, sehingga saat dilakukan filtrasi tidak

68

hanya tersaring fosfat tetapi material lainnya ikut tersaring menyebabkan terjadi

fouling (proses terbentuknya lapisan oleh material yang tidak diinginkan pada

permukaan membran). Pengendapan material lain pada permukaan membran

menyebabkan penurunan kinerja membran terutama sifat kationik dan kereaktifan

membran khitosan (Argin-Soysal et al. 2007) tidak berfungsi secara optimal

mengikat fosfat yang terdapat pada air limbah laundry. Fosfat hanya sedikit yang

tertahan pada proses filtrasi I dengan membran khitosan sehingga proses filtrasi

dilanjutkan sampai kadar fosfat dalam air limbah laundry dapat turun menjadi

0.46 ppm yaitu setelah dilakukan filtrasi empat kali. Nilai pH sebelum perlakuan

dengan membran khitosan yaitu 9 dan setelah perlakuan nilai pH menjadi 8, ini

menunjukan selain mengikat fosfat membran khitosan juga dapat menurunkan pH,

pada pH tinggi gugus amina pada khitosan mengalami deprotonasi sehingga

menyebabkan terjadi penurunan pH.

Menurut penelitian yang dilakukan Auliah, 2009 menggunakan lempung

aktif sebagai adsorben ion fosfat dalam air menyebutkan dari larutan standar

fosfat 20 ppm yang diadsopsi dengan lempung aktif diperoleh jumlah fosfat dapat

teradsosorpsi 70.99% selama waktu kontak 8 jam. Penelitian Budi Sudi Setyo,

2006 penurunan kadar fosfat 25.64 ppm dalam sampel dengan penambahan kapur

(lime), tawas, dan filtrasi zeolit pada limbah cair rumah sakit dapat menurunkan

kadar fosfat sampai 97.92%. Melihat hasil dari kedua penelitian tersebut

penurunan kadar fosfat total yang dilakukan baik dengan menggunakan lempung

aktif dan penambahan kapur (lime), tawas yang dipadukan dengan filtrasi zeolit

secara teknis memerlukan lahan yang luas untuk proses adsorpsi maupun

koagulasinya. Sedangkan dilihat dari hasil penurunan fosfat yang diperoleh baik

69

dengan filtrasi menggunakan membran khitosan, proses adsopsi dengan lempung

aktif atau koagulasi yang dipadukan dengan filtrasi zeolit, sama-sama dapat

menurunkan kadar fosfat total pada tingkat persentase di atas 70%. Pengolahan

limbah yang mengandung senyawa fosfat dapat dilakukan dengan beberapa

alternatif yaitu proses adsorpsi, koagulasi dan filtrasi baik memakai membran

ataupun zeolit. Pemilihan metode pengolahan limbah dilakukan dengan

memperhatikan faktor biaya, mudah memperolehnya dan dampak terhadap

lingkungan dari residu yang dihasilkan, maka lebih efektif menggunakan

teknologi membran dalam pengolahan limbah yang mengandung fosfat.

Teknologi membran tidak memerlukan lahan yang luas dan ramah terhadap

lingkungan karena membran khitosan dapat terurai secara alami oleh mikro

organisme (bersifat biodegradasi). Membran khitosan setelah dipakai dapat

dimanfaatkan kembali sebagai penyubur tanah (pupuk) dengan bahan aktif

mengandung nitrogen termasuk di dalamnya terikat fosfat yang diperlukan untuk

pertumbuhan tanaman.

70

BAB VII

SIMPULAN DAN SARAN

7.1. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh dan pembahasan maka

simpulan dari penelitian ini adalah :

1. Tingkat kemurnian khitosan yang diperoleh dari kulit udang galah pada

penelitian ini berdasarkan perhitungan derajat deasetilasinya sebesar

66,27%

2. Konsentrasi khitosan 3% merupakan konsentrasi optimum untuk membuat

membran khitosan. Membran mampu menurunkan kadar fosfat total dalam

air limbah laundry hingga 97.40% dalam waktu kontak 60 menit.

3. Fluks terbaik membran yaitu membran khitosan 3% dengan fluks 5.45

L/m2 jam secara optimal dapat menurunkan kadar fosfat total.

7.2. Saran

1. Khitosan digunakan sebagai membran pada penelitian ini mempunyai

penampilan fisik seperti plastik PE, sehingga perlu dilakukan penelitian

lebih lanjut menggunakan larutan khitosan untuk melapisi buah-buahan

segar sehingga pelapisan dengan lilin yang sebelumnya digunakan dapat

diganti dengan senyawa khitosan.

2. Khitosan yang digunakan pada penelitian ini berasal dari kulit udang

dengan menggunakan pelarut kimia dalam isolasinya, sehingga diharapkan

peneliti yang lain lagi untuk mendapatkan khitosan dari kulit udang

dengan diisolasi menggunakan alternatif lain selain pelarut kimia misalnya

memakai enzim.

71

3. Menggunakan peralatan yang lebih baik, seperti sumber tekanan dari atas,

pemasangan membran bukan dengan corong Buchner melainkan

menggunakan kolom yang lebih permanen.

4. Pada penelitian ini pengolahan air limbah laundry hanya difokuskan pada

penurunan kadar fosfat totalnya saja, diharapkan pada peneliti lain agar

meneliti penurunan material lain yang terdapat pada air limbah laundry

menggunakan membran khitosan.

72

DAFTAR PUSTAKA

Agustina Siti, Triwidianto, 2011, Penggunaan Teknologi Membran pada

Pengolahan Kelapa Sawit. Workshop Teknologi Industri Kimia dan

kemasan.

Ahmad, Januar B. dan Khitam, A. 1998, Transformation of Chitin to Chitosan

and utilization of Chitosan as Cu, Pb and Hg Binder. Buku Acara

Seminar Sehari MIPA-ITB.

Argin-Soysal, S. Kofinas P, Martin, L. 2007, Effect of Complexation Condition on

Xanthan-Chitosan Polyelectrolyte Complex Gel. Food Hydrocolloids. 23:

202-209.

Arnol E. Greenberg, Lenore S. Cleseri, Andrew D. Easton, 1992, Standart

Methods for Examination of Water and Wastewater. 18th

Edition. USA.

Auliah, A, 2009, Lempung Aktif sebagai Adsorben Ion Fosfat dalam Air. Jurnal

Chemica Vol. 10(2), 14 – 23 pdf.

Austin, P.R., 1988, Chitin Solven and Solubility Parametre. The Departement of

Mechanical Manufacturing Aeronitical and Chemical Engineering. The

Faculty of Engineering The Queens University of Belfast.

Bastaman, S. 1989, Studies on degradation and extraction of Chitin and Chitosan

from prawn shells, and the queens. University of Bfelas, England.

Budi Sudi Setyo, 2006, Penurunan Fosfat dengan Penambahan Kapur (Lime),

Tawas dan Filtrasi Zeolit pada Limbah Cair. Tesis Program Studi Ilmu

Lingkungan Undip Semarang.

Daigger, G.T., 2008, New Approaches and Technology for Wastewater

Management., National Academy of Engineering Publication Vol. 38 No.

3, www.nae.com.

Daniel, 2009, Pembuatan dan Karakteristik Membran Khitosan yang berasal dari

Kulit Udang Sungai Mahakam. Jurnal Mulawarman Scientifie, volume 8

No. 1 ISSN1412-498x.

Deniva A, Notodarmojo, 2004, Rejeksi Zat Organik dan Kekeruhan

Menggunakan Teknologi Membran Ultrafiltrasi Dengan Sistem Aliran

Dead End. Prosiding ITB Sain dan Teknologi Vol 36 A No 1, p.63-82.

ITB. Bandung.

Effendi, H. 2003, Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan

Lingkungan Perairan. Kanisius Yogyakarta.

http://www.nae.com/

73

Fessenden, R.J. and Fessenden, J.S., 1994, Organic Chemisrty, 3rd

ed., a.b.

Pudjatmaka, A.H., Erlangga, Jakarta.

Hammer Mark, J. and Viesman, W., 2005, Water and Wastewater Technology,

Third Edition, Prentice Hall International Edition.

Hasan, Z, & Sulaiman, 1996, Keupayaan Membran Ferrum (III), Malays, Journal

Anal. Science.

Jahn, 1979, Traditional Water Purification in Tropical Developing Countries :

exiting Methods and Potential Aplication. GTZ. Eschborn.

Jatmika, A, 1996, Prosfek Penggunaan Teknologi Membran untuk Produksi

Minyak Sawit Merah. Warta PPKS Vol4(3), 129 – 136 pdf.

Jonsson, A-S and G. Tragardh G. 1990, Fundamental Principles of

Ultrafiltration. Chem. Eng. Process. 27, 67 – 81.

Jonsson, G. 1984, Boundary Layer Phenomena during Ultrafiltration of Dextran

and Whey Protein Solutions. Desalination, 51, 61 – 77.

Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 112, Tahun 2003, Tentang

Baku Mutu Air Limbah Domestik.

Khopkar, S.M. 2003, Konsep Dasar Kimia Analitik. Diterjemahkan oleh

A.Saptorahardjo. Jakarta: UI Press.

Knorr, B. 1991, Recovery and Utilization of Chitin and Chitosan and Food

Processing Waste Management. Food Technology. Januari,1991:

114 - 120.

Kurita, Keisuke, 2006, Chitin and Chitosan : Functional Biopolymer from Marinr

Crustaceans, Marine Biotech. Japan.

Kusumawati, N. 2009, Pemanfaatan Limbah Kulit Udang sebagai Bahan Baku

Pembuatan Membran Ultrafiltrasi. Inotek, FMIFA Universitas Negeri

Surabaya volume 13, No.2

Liu, J., 2003, Preparation and Characterization of Chitosan / Cu(II) Affinity

Membrane for Urea Adsorption. Journal of Applied Polymer Science,

Vol. 90, 1108-1112.

Mahida, 1995, Pencemaran Air dan Pemanfaatan Limbah Industri, Jakarta CV.

Rajawali

Mak, A. & Sun, S., 2008, Intelligent Chitosan-based Hydrogels as

Multifunctional Material. Cambridge. RSC. 447-461.

74

Mallack, H.M. & Anderson, G.K, 1997, Cross-flow Micro-Filtration with

Dynamic Membrane. Journal Water Research, vol. 31, Elseveir Science.

Marganof, 2003, Potensi Limbah Udang Sebagai Penyerap Logam Berat (Timbal,

Kadmium, Tembaga) di Perairan “Pengantar Falsafah Sains, Program

Pascasarjana IPB.

Mayashanty D, Suprihanto, 2004, Pengolahan Limbah Cair Emulsi Minyak

dengan Proses Membran Ultrafiltrasi Dua Tahap Aliran Cross Flow.

Prosiding ITB Sains dan Teknologi. Vol 36 A p.45-62. ITB. Bandung.

Meriatna, 2008, Penggunaan Membran Khitosan Untuk Menurunkan Kadar

Logam Krom (Cr) dan Nikel (Ni) dalam Limbah Cair Industri Pelapisan

Logam. Tesis Teknil Kimia Universitas Sumatera Utara.

Meyer, D. 2006, Surfactan Science and Technology, 3rd

edition. New Jersey: Jhon

Wiley and Son.

Milisic, V. 1996, Antifouling Techniques in Crossflow Microfiltration, Journal of

Membrane Science, Elsevier, Amsterdam.

Minke, R, and Blackwell, J., 1978, The Structur of α-Chitin. Journal Molec, Biol.

120; 167-181.

Mulder, M., 1996, Basic Principles of Membrane Technology. 2nd edition.,

London, Kluwer Academic Publishers Netherlands.

Mustofa, G.M., 2007, The Study of Pretreatment Options for Composite Fouling

of Reverse osmosis Membrane Used in Water Treatment and Production.

School of Chemical Science and Engineering. University of South Wales.

Muzzarelli, R. 1986, Filmogenik properties of chitin/chitosan. En “Chitin in

nature and Technology” Editor for Muzzarelli, R.,Jeniaux, G. Ed Plenum

Press. Nueva York.

Nusa Idaman Said, 2009, Uji Kinerja Pengolahan Air Siap Minum dengan Proses

Biofiltrasi, Ultrafiltrasi dan Reverse Osmosis (RO) dengan Air Baku Air

Sungai. Pusat Teknologi Lingkungan, BPPT Teknologi.

Oetomo, B.B., 2004, Penggunaan Membran sebagai Adsorben untuk menurunkan

Kadar Cu Limbah Industri Pelapisan Logam. F-MIPA Universitas

Sumatra Utara.

Peter, M.G. 1993, Application and Environmental Aspests of Chitin and Chitosan,

University Gerhard – Str. Bonn, Germany.

Rautenbach.R. & Albert. R., 1989, Membrane Process, John Wiley & Sons Ltd,

New York.

75

Reynold, Richards, 1996, Unit Operation and Process in Enviromental

Engineering. 2nd

edition. PWS Publising Company.

Ririh Asmawati, 2010, Studi Kemampuan Lumpur Alum untuk Menurunkan

Konsentrasi Fosfat pada Limbah Industri Pupuk. Lab Pengendalian

Pencemaran Udara,Teknik Lingkungan – ITS.

Rismana, E., 2000, Langsing dan Sehat Lewat Limbah Perikanan. Penelitian di P3

Teknologi Farmasi dan Medika Badan Pengkajian dan Penerapan

Teknologi, Jakarta.

Robert, G. A. F. 1992, Chitin Chemistry. London The MacMillan Press.

Rouget C., 1859, Specialemen Artricules of Chitine. Comp Rend 48, pp 792-795.

Saefumillah A, 2006, The Release of Organik Phosphorus from Aquatic

Sediments. Water Studies Center, School of Chemistry, Clayton Victoria,

Monash University.

Soemirat Y, 2003, Toksikologi Lingkungan. Universitas Gadjah Mada,

Yogyakarta.

Stuart, Barbara, 2003, Infrared Spectroscopy : Fundamental and application,

Wiley, Chichester, UK.

Sudiarti, 2011, Aplikasi Kulit Udang Galah (Macrobanchium Rosenbergii)

Sebagai Pengawet Tahu. Tesis Jurusan Kimia Terapan Universitas

Udayana.

Suwandi, Mohd. Sale, 1999, Merebut Peluang Masa Depan dalam Teknologi

Membran: pencapaian, keupayaan dan jabaran.

http:www.penebit.ukm.my/f199-6htm

Svitil AL, Nichadain SN, Moore JA, Kirchman DL, 1997, Chitin Degradation

Proteins Produced by The Marine Bacterium Vibro Harveyii Growing on

Different from Chitin. Appl Environ Microbiol 63: 408-413.

Syamsu Herman, Syarfi, 2007, Rejeksi Zat Organik Air Gambut dengan Membran

Ultrafiltrasi. Jurnal Sains dan Teknologi Vol 6(1), 1 – 4.

Tzotzi, C., Pahiadaki, T., Yiantsios, S.G., Karabelas, A.J., Andritsos, N., 2007, “A

Study od CaCO3 Scale Formation and Inhibition in RO and NF

Membrane Processes.”, Desalination, Vol 296, 171-184.

Vogel, 1985, Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro.

Bagian II, Terjemahan : Pujaatmaka Setiono, Edisi Kelima, Penerbit PT

Heveri Indah Jakarta.

76

Wenten I Gde, 1999, Teknologi Membrane Industrial. Institut Teknologi

Bandung.

Wenten, I G. 2004. Industrial membrane application in Indonesia. Case study:

Clean production in cassava starch industry. Regional Symposium on

Membrane Science and Technology 2004. Johor. Malaysia

Zeman, L.J. and Sydney. A.L, 1996. Microfiltration and Ultrafiltration:

Principles and Applications, 1st

ed., Marcel Dekker Inc., New York.

Zoller, U. 2004, Handbook of Detergen, Part B : Enviromental Impact, Marcell

Dokter, New York.

Zulkarnain T. Notodarmojo, 2004, Efek Pretreatment terhadap Pembentukan

Lapisan Cake dan Struktur Membran pada Membran Ultrafiltrasi Aliran

Cross Flow dalam Pengolahan Limbah Cair Emulsi Minyak. Prosiding

ITB Sains & Teknologi. Vol 36 A No 2 p.127-144. ITB. Bandung.

77

Lampiran 1

Skema Isolasi Khitin dari kulit udang menjadi Khitosan

Kulit udang

Tepung kulit udang

Khitin Uji khitin

Khitosan Diukur derajat

deasetilasi

Khitin kasar

Dibersihkan,direbus,dikeringkan,

dihaluskan,diayak

1. Deproteinasi

Ditambah NaOH, dipanaskan 4 jam,

diaduk,disaring, dicuci

2. Demineralisasi

Ditambah HCl, dipanaskan 4 jam,

diaduk , dicuci, disaring, dikeringkan

4. Deasetilasi

Ditambah NaOH 50%, diaduk,

dipanaskan 4 jam, disaring

3. Depigmentasi

Ditambah alkohol 70%, dicuci dengan

aquades panas dan aseton, disaring,

dikeringkan (80oC) 24 jam

78

Lampiran 2

Skema Pembuatan Membran Khitosan

Dituangkan ke dalam cetakan

Diamkan pada suhu kamar (24 jam),

panaskan pada 60oC, dinginkan

Dilarutkan dalam 200 mL CH3COOH 1%

Diaduk sampai homogen (24 jam)

Ditambahkan NaOH 4% (2 menit)

Diamkan pada suhu kamar

Dicuci berulang-ulang dengan aquades

4 g Serbuk Khitosan

Larutan Khitosan 2%

Film Khitosan

Membran Khitosan

Uji Tarik

79

Serbuk Khitosan Pengadukan larutan khitosan

Pencetakan membran khitosan

Membran yang masih basah Membran yang sudah kering

80

Lampiran 3

Uji Tarik Membran Khitosan menggunakan alat Screw Test Stand

Perhitungan tegangan (ζ ) dan regangan (ε) dengan rumus :

ζ = dan ε = x100%

Untuk membran khitosan 1% dengan panjang mula-mula (Lo) = 30.15 mm,

pertambahan panjang (ΔL) = 0.20 mm, tebal membran = 0.04 mm, lebar ( l ) =

5.79 mm dan F = 0.05 Kgf.

Maka nilai tegangannya adalah :

ζ =

= 0.215889 Kgf/mm2

Nilai regangannya adalah :

ε = x 100%

= 0.66335%

Lo l

Membran khitosan saat

dilakukan uji tarik

81

Perhitungan kekuatan tarik dan regangan selanjutnya disajikan dalam tabel untuk

setiap konsentrasi :

1. Membran Khitosan 1%

ΔL(mm) Lo(mm) ε (%) F(Kgf) A(mm2) ζ(Kgf/mm

2)

0.00 30.15 0 0.00 0.2316 0

0.20 30.15 0.66335 0.05 0.2316 0.215889

0.40 30.15 1.3267 0.20 0.2316 0.863558

0.60 30.15 1.99005 0.33 0.2316 1.42487

0.80 30.15 2.6534 0.43 0.2316 1.856649

1.00 30.15 3.31675 0.53 0.2316 2.288428

1.20 30.15 3.9801 0.67 0.2316 2.892919

1.40 30.15 4.643449 0.82 0.2316 3.540587

1.60 30.15 5.306799 0.95 0.2316 4.1019

1.80 30.15 5.970149 1.15 0.2316 4.965458

2.00 30.15 6.633499 1.20 0.2316 5.181347

2.20 30.15 7.296849 1.30 0.2316 5.613126

2.40 30.15 7.960199 1.35 0.2316 5.829016

2.60 30.15 8.623549 1.35 0.2316 5.829016

2.80 30.15 9.286899 putus putus putus

Keterangan:

ΔL : Pertambahan panjang

Lo : Panjang mula-mula

ε : Regangan

F : Gaya yang diberikan

A : Luas penampang membran

ζ : Tegangan

82

2. Membran khitosan 2%

Memiliki: Tebal = 0.07 mm

Lebar (l) = 5,79 mm

Panjang mula-mula (Lo) = 30.15 mm

ΔL(mm) Lo(mm) ε(%) F(Kgf) A(mm2) ζ(Kgf/mm

2)

0.00 30.15 0 0.00 0.4053 0

0.40 30.15 1.3267 0.43 0.4053 1.060943

0.80 30.15 2.6534 0.73 0.4053 1.801135

1.20 30.15 3.9801 1.02 0.4053 2.516654

1.60 30.15 5.306799 1.40 0.4053 3.454231

2.00 30.15 6.633499 1.83 0.4053 4.515174

2.40 30.15 7.960199 2.22 0.4053 5.477424

2.80 30.15 9.286899 2.65 0.4053 6.538367

3.20 30.15 10.6136 3.00 0.4053 7.401925

3.60 30.15 11.9403 3.35 0.4053 8.265482

4.00 30.15 13.267 3.70 0.4053 9.12904

4.40 30.15 14.5937 4.05 0.4053 9.992598

4.80 30.15 15.9204 4.43 0.4053 10.93018

5.20 30.15 17.2471 4.80 0.4053 11.84308

5.60 30.15 18.5738 5.17 0.4053 12.75598

6.00 30.15 19.9005 5.53 0.4053 13.64421

6.40 30.15 21.2272 5.90 0.4053 14.55712

6.80 30.15 22.5539 6.30 0.4053 15.54404

7.20 30.15 23.8806 6.67 0.4053 16.45695

7.60 30.15 25.2073 6.98 0.4053 17.22181

8.00 30.15 26.534 7.35 0.4053 18.13472

8.40 30.15 27.8607 7.73 0.4053 19.07229

8.80 30.15 29.1874 8.03 0.4053 19.81248

9.20 30.15 30.5141 8.27 0.4053 20.40464

9.60 30.15 31.8408 8.62 0.4053 21.2682

10.00 30.15 33.1675 9.05 0.4053 22.32914

10.40 30.15 34.4942 9.05 0.4053 22.32914

10.80 30.15 35.8209 putus 0.4053 putus

83



Lebar (l) = 5,79 mm



2)

0.00 30.15 0 0.00 0.5211 0

0.40 30.15 1.3267 0.43 0.5211 0.825178

0.80 30.15 2.6534 0.67 0.5211 1.285742

1.20 30.15 3.9801 1.12 0.5211 2.1493

1.60 30.15 5.306799 1.43 0.5211 2.744195

2.00 30.15 6.633499 1.77 0.5211 3.396661

2.40 30.15 7.960199 2.10 0.5211 4.029937

2.80 30.15 9.286899 2.60 0.5211 4.989445

3.20 30.15 10.6136 2.93 0.5211 5.622721

3.60 30.15 11.9403 3.33 0.5211 6.390328

4.00 30.15 13.267 3.63 0.5211 6.966033

4.40 30.15 14.5937 4.13 0.5211 7.925542

4.80 30.15 15.9204 4.53 0.5211 8.693149

5.20 30.15 17.2471 4.90 0.5211 9.403186

5.60 30.15 18.5738 5.20 0.5211 9.978891

6.00 30.15 19.9005 5.67 0.5211 10.88083

6.40 30.15 21.2272 6.03 0.5211 11.57168

6.80 30.15 22.5539 6.37 0.5211 12.22414

7.20 30.15 23.8806 6.70 0.5211 12.85742

7.60 30.15 25.2073 7.13 0.5211 13.68259

8.00 30.15 26.534 7.48 0.5211 14.35425

8.40 30.15 27.8607 7.90 0.5211 15.16024

8.80 30.15 29.1874 8.27 0.5211 15.87027

9.20 30.15 30.5141 8.60 0.5211 16.50355

9.60 30.15 31.8408 9.00 0.5211 17.27116

10.00 30.15 33.1675 9.43 0.5211 18.09633

10.40 30.15 34.4942 9.75 0.5211 18.71042

10.80 30.15 35.8209 10.10 0.5211 19.38208

11.20 30.15 37.1476 10.52 0.5211 20.18806

11.60 30.15 38.4743 10.90 0.5211 20.91729

12.00 30.15 39.801 11.25 0.5211 21.58895

12.40 30.15 41.12769 11.25 0.5211 21.58895

12.80 30.15 42.45439 11.25 0.5211 21.58895

13.20 30.15 43.78109 putus 0.5211 putus

84



Lebar (l) = 5.79 mm

Panjang mula-mula = 30.15 mm


2)

0.00 30.15 0 0.00 0.579 0

0.40 30.15 1.3267 0.30 0.579 0.518135

0.80 30.15 2.6534 0.65 0.579 1.122625

1.20 30.15 3.9801 0.98 0.579 1.692573

1.60 30.15 5.306799 1.33 0.579 2.297064

2.00 30.15 6.633499 1.63 0.579 2.815199

2.40 30.15 7.960199 2.07 0.579 3.57513

2.80 30.15 9.286899 2.47 0.579 4.265976

3.20 30.15 10.6136 2.83 0.579 4.887737

3.60 30.15 11.9403 3.13 0.579 5.405872

4.00 30.15 13.267 3.53 0.579 6.096718

4.40 30.15 14.5937 3.93 0.579 6.787565

4.80 30.15 15.9204 4.33 0.579 7.478411

5.20 30.15 17.2471 4.65 0.579 8.031088

5.60 30.15 18.5738 5.05 0.579 8.721934

6.00 30.15 19.9005 5.48 0.579 9.464594

6.40 30.15 21.2272 5.78 0.579 9.982729

6.80 30.15 22.5539 6.17 0.579 10.6563

7.20 30.15 23.8806 6.55 0.579 11.31261

7.60 30.15 25.2073 6.97 0.579 12.038

8.00 30.15 26.534 7.30 0.579 12.60794

8.40 30.15 27.8607 7.67 0.579 13.24698

8.80 30.15 29.1874 7.97 0.579 13.76511

9.20 30.15 30.5141 8.20 0.579 14.16235

9.60 30.15 31.8408 8.57 0.579 14.80138

10.00 30.15 33.1675 8.73 0.579 15.07772

10.40 30.15 34.4942 8.77 0.579 15.1468

10.80 30.15 35.8209 8.77 0.579 15.1468

11.20 30.15 37.1476 putus 0.579 putus

85



Lebar (l) = 5.79 mm



2)

0.00 30.15 0 0.00 0.6948 0

0.40 30.15 1.3267 0.40 0.6948 0.575705

0.80 30.15 2.6534 0.70 0.6948 1.007484

1.20 30.15 3.9801 1.10 0.6948 1.583189

1.60 30.15 5.306799 1.50 0.6948 2.158895

2.00 30.15 6.633499 1.90 0.6948 2.7346

2.40 30.15 7.960199 2.27 0.6948 3.267127

2.80 30.15 9.286899 2.65 0.6948 3.814047

3.20 30.15 10.6136 3.10 0.6948 4.461716

3.60 30.15 11.9403 3.50 0.6948 5.037421

4.00 30.15 13.267 3.80 0.6948 5.4692

4.40 30.15 14.5937 4.20 0.6948 6.044905

4.80 30.15 15.9204 4.58 0.6948 6.591825

5.20 30.15 17.2471 5.00 0.6948 7.196315

5.60 30.15 18.5738 5.40 0.6948 7.772021

6.00 30.15 19.9005 5.63 0.6948 8.103051

6.40 30.15 21.2272 6.05 0.6948 8.707542

6.80 30.15 22.5539 6.50 0.6948 9.35521

7.20 30.15 23.8806 6.87 0.6948 9.887737

7.60 30.15 25.2073 7.23 0.6948 10.40587

8.00 30.15 26.534 7.57 0.6948 10.89522

8.40 30.15 27.8607 7.97 0.6948 11.47093

8.80 30.15 29.1874 8.35 0.6948 12.01785

9.20 30.15 30.5141 8.63 0.6948 12.42084

9.60 30.15 31.8408 9.05 0.6948 13.02533

10.00 30.15 33.1675 9.47 0.6948 13.62982

10.40 30.15 34.4942 9.77 0.6948 14.0616

10.80 30.15 35.8209 10.23 0.6948 14.72366

11.20 30.15 37.1476 10.82 0.6948 15.57283

11.60 30.15 38.4743 10.85 0.6948 15.616

12.00 30.15 39.801 putus 0.6948 putus

86

Lampiran 4

Skema Penggunaan Membran Khitosan untuk Penurunan Kadar Fosfat dalam

Larutan Standar Fosfat (Larutan KH2PO4 10 ppm)

Diambil setiap

30 menit 60 menit 90 menit 120 menit

Dilewatkan melalui membran khitosan

dengan konsentrasi membran (1,2,3,4

dan 5%) selama 2 jam

Permeat

Analisis fosfat dengan

UV-Vis

50 mL larutan standar fosfat

(10 ppm)

87

Lampiran 5

Skema mekanisme penggunaan membran khitosan.

Skema pengolahan air limbah laundry dengan membran khitosan

Keterangan gambar :

1. Biuret (tempat sampel air limbah laundry)

2. Corong Buchner

3. Membran Khitosan

4. Erlenmeyer

5. Pompa Vakum

1

2

4 3 5

88

Lampiran 6

Perhitungan kurva kalibrasi standar fosfat

y = mx + b

ket : x = konsentrasi

m = tetapan

y = absorbansi

b = tetapan

m = ; n = banyaknya pembacaan konsentrasi

b = –

Data hasil pengukuran absorbansi standar fosfat :

KONSENTRASI ABSORBANSI x2 y2 xy

(x) (y)

0 0.000 0 0 0

1 0.088 1 0.007744 0.088

5 0.345 25 0.119025 1.725

10 0.684 100 0.467856 6.840

15 0.927 225 0.859329 13.905

20 1.237 400 1.530169 24.740

51 3.281 751 2.984123 47.298

Maka nilai m dan b adalah :

m = -

-

=

= 16.641

b =

=

= -0.721

89

Nilai regresi (R) dari perhitungan adalah :

R = –

– –

=

=

=

= 0.9987

Pembuatan kurva kalibrasi standar fosfat dari persamaan

y = mx + b ; dimana nilai m = 16.641 dan nilai b = -0.721

jika : y = 0.000 maka x = -0.721

y = 0.088 maka x = 0.743

Nilai perhitungan selanjutnya terdapat pada tabel di bawah ini :

Konsentrasi (x)

Absorbansi (y)

-0.721 0.000

0.000 0.043

0.743 0.088

5.020 0.345

10.661 0.684

14.705 0.927

19.864 1.237

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

-5 0 5 10 15 20 25

Kurva kalibrasi larutan

standar fosfat

Konsentrasi (ppm)

Abso

rban

si

90

Lampiran 7

Perhitungan konsentrasi larutan standar fosfat 10 ppm setelah di lewatkan pada

membran khitosan berbagai konsentrasi dan waktu kontak.

Misal : hasil absorbansi ulangan I pada konsentrasi membran khitosan 1% dan

waktu kontak 30 menit = 0.540 maka konsentrasinya dapat dihitung dengan rumus

y = mx + b, (nilai x = konsentrasi, y = absorbansi, m = 16.641, dan b = -0.721)

x = 16.641 x 0.540 + (-0.721)

= 8.265140

Absorbansi Permeat Larutan Standar Fosfat 10 ppm setelah Perlakuan

Konsentrasi

membran

khitosan (%)

Waktu

kontak

(menit)

Ulangan

Rata-rata I II III

1 30

60

90

120

0.540

0.412

0.470

0.424

0.491

0.434

0.451

0.402

0.501

0.423

0.446

0.430

0.511

0.423

0.456

0.419

2 30

60

90

120

0.331

0.296

0.290

0.294

0.311

0.272

0.295

0.296

0.307

0.271

0.289

0.283

0.316

0.280

0.291

0.291

3 30

60

90

120

0.239

0.203

0.258

0.267

0.253

0.195

0.272

0.261

0.246

0.192

0.270

0.277

0.246

0.197

0.267

0.268

4 30

60

90

120

0.289

0.277

0.290

0.301

0.290

0.287

0.312

0.293

0.302

0.298

0.300

0.295

0.294

0.287

0.301

0.296

5 30

60

90

120

0.293

0.275

0.299

0.290

0.277

0.265

0.284

0.293

0.289

0.263

0.276

0.289

0.286

0.268

0.286

0.291

91

Absorbansi Permeat Air Limbah Laundry dengan Membran Khitosan 3%

dan Waktu Kontak 60 Menit.

Permeat

tingkat ke

Absorbansi ulangan Rata-rata

I II III

I 0.912 0.879 0.890 0.894

II 0.701 0.683 0.687 0.690

III 0.406 0.367 0.392 0.388

IV 0.078 0.064 0.070 0.071

92

Lampiran 8

Perhitungan data statistik absorbansi larutan standar fosfat 10 ppm setelah

dilewatkan pada membran khitosan (1%, 2%, 3%, 4% dan 5%) dan waktu kontak

30, 60, 90 dan 120 menit.

Post Hoc Tests

Membran Khitosan

Homogeneous Subsets

Penurunan Absorbansi Larutan Standar Fosfat 10 ppm (PAF)

Waktu Kontak

Homogeneous Subsets

ALTB

Duncana,b

12 ,24442

12 ,28275

12 ,29450

12 ,29458

12 ,45200

1,000 1,000 ,985 1,000

Membran Khitosan

3%

5%

4%

2%

1%

Sig.

N 1 2 3 4

Subset

Means for groups in homogeneous subsets are displayed.

Based on Type III Sum of Squares

The error term is Mean Square(Error) = ,000.

Uses Harmonic Mean Sample Size = 12,000.a.

Alpha = ,05.b.

ALTB

Duncana,b

15 ,29087

15 ,31300

15 ,32013

15 ,33060

1,000 ,079 1,000

Waktu Kontak

60

120

90

30

Sig.

N 1 2 3

Subset

Means for groups in homogeneous subsets are displayed.

Based on Type III Sum of Squares

The error term is Mean Square(Error) = ,000.

Uses Harmonic Mean Sample Size = 15,000.a.

Alpha = ,05.b.

93

Univariate Analysis of Variance

Case Process ing Summary

60 100,0% 0 ,0% 60 100,0%

60 100,0% 0 ,0% 60 100,0%

Penurunan Absorbansi

Larutan Standar Fosfat

* Membran Khitosan

Penurunan Absorbansi

Larutan Standar Fosfat

* Waktu Kontak

N Percent N Percent N Percent

Included Excluded Total

Cases

Penurunan Absorbansi Larutan Standar Fosfat * Membran

Khitosan

Penurunan Absorbansi Larutan Standar Fosfat

,45200 12 ,041076

,29458 12 ,016533

,24442 12 ,030832

,29450 12 ,008960

,28275 12 ,011482

,31365 60 ,076112

Membran Khitosan

1%

2%

3%

4%

5%

Total

Mean N Std. Deviation

Penurunan Absorbansi Larutan Standar Fos fat *

Waktu Kontak

Penurunan Absorbansi Larutan Standar Fosfat

,33060 15 ,096857

,29087 15 ,076550

,32013 15 ,071568

,31300 15 ,056042

,31365 60 ,076112

Waktu Kontak

30

60

90

120

Total

Mean N Std. Deviation

Between-Subjects Factors

1% 12

2% 12

3% 12

4% 12

5% 12

15

15

15

15

1

2

3

4

5

Membran

Khitosan

30

60

90

120

Waktu

Kontak

Value Label N

94

Tests of Between-Subjects Effects

Dependent Variable : Penurunan Absorbansi Larutan Standar Fosfat

Tes ts of Betw een-Subjects Effects

Dependent Variable: ALTB

,337a 19 ,018 150,947 ,000

5,903 1 5,903 50220,471 ,000

,307 4 ,077 653,918 ,000

,013 3 ,004 36,111 ,000

,017 12 ,001 11,999 ,000

,005 40 ,000

6,244 60

,342 59

Source

Corrected Model

Intercept

K

WK

K * WK

Error

Total

Corrected Total

Type III Sum

of Squares df Mean Square F Sig.

R Squared = ,986 (Adjusted R Squared = ,980)a.

ANOVAb

12546,349 5 2509,270 15,787 ,002a

953,651 6 158,942

13500,000 11

Regression

Residual

Total

Model

1

Sum of

Squares df Mean Square F Sig.

Predictors: (Constant), PAF 5%, PAF 4%, PAF 1%, PAF 2%, PAF 3%a.

Dependent Variable: Waktu Kontakb.

Descriptive Statistics

75,00 35,032 12

,45200 ,041076 12

,29458 ,016533 12

,24442 ,030832 12

,29450 ,008960 12

,28275 ,011482 12

Waktu Kontak

PAF 1%

PAF 2%

PAF 3%

PAF 4%

PAF 5%

Mean Std. Deviation N

Corre lations

1,000 -,692 -,454 ,519 ,278 ,322

-,692 1,000 ,755 ,135 ,047 ,321

-,454 ,755 1,000 ,302 -,082 ,533

,519 ,135 ,302 1,000 ,532 ,708

,278 ,047 -,082 ,532 1,000 ,144

,322 ,321 ,533 ,708 ,144 1,000

. ,006 ,069 ,042 ,191 ,154

,006 . ,002 ,337 ,442 ,155

,069 ,002 . ,170 ,400 ,037

,042 ,337 ,170 . ,038 ,005

,191 ,442 ,400 ,038 . ,328

,154 ,155 ,037 ,005 ,328 .

12 12 12 12 12 12

12 12 12 12 12 12

12 12 12 12 12 12

12 12 12 12 12 12

12 12 12 12 12 12

12 12 12 12 12 12

Waktu Kontak

PAF 1%

PAF 2%

PAF 3%

PAF 4%

PAF 5%

Waktu Kontak

PAF 1%

PAF 2%

PAF 3%

PAF 4%

PAF 5%

Waktu Kontak

PAF 1%

PAF 2%

PAF 3%

PAF 4%

PAF 5%

Pearson Correlation

Sig. (1-tailed)

N

Waktu Kontak PAF 1% PAF 2% PAF 3% PAF 4% PAF 5%

95

Variables Entered/Removedb

PAF 5%,

PAF 4%,

PAF 1%,

PAF 2%,

PAF 3%a

. Enter

Model

1

Variables

Entered

Variables

Removed Method

All requested variables entered.a.


Model Summaryb

,964a ,929 ,870 12,607 ,929 15,787 5 6 ,002 1,425

Model

1

R R Square

Adjusted

R Square

Std. Error of

the Estimate

R Square

Change F Change df1 df2 Sig. F Change

Change Statistics

Durbin-

Watson

Predictors: (Constant), PAF 5%, PAF 4%, PAF 1%, PAF 2%, PAF 3%a.


Coefficientsa

45,689 226,712 ,202 ,847

-552,949 150,467 -,648 -3,675 ,010

-638,239 419,683 -,301 -1,521 ,179

467,414 228,745 ,411 2,043 ,087

32,186 578,559 ,008 ,056 ,957

1214,981 557,645 ,398 2,179 ,072

(Constant)

PAF 1%

PAF 2%

PAF 3%

PAF 4%

PAF 5%

Model

1

B Std. Error

Unstandardized

Coeff icients

Beta

Standardized

Coeff icients

t Sig.

Dependent Variable: Waktu Kontaka.

Res iduals Statisticsa

12,84 121,90 75,00 33,772 12

-1,840 1,389 ,000 1,000 12

6,551 10,482 8,846 1,150 12

-18,13 123,75 74,80 38,941 12

-18,556 17,157 ,000 9,311 12

-1,472 1,361 ,000 ,739 12

-1,846 2,279 ,005 1,071 12

-29,205 48,129 ,201 20,346 12

-2,565 5,682 ,220 1,958 12

2,053 6,688 4,583 1,379 12

,000 1,563 ,223 ,437 12

,187 ,608 ,417 ,125 12

Predicted Value

Std. Predicted Value

Standard Error of

Predicted Value

Adjusted Predicted Value

Residual

Std. Residual

Stud. Residual

Deleted Residual

Stud. Deleted Residual

Mahal. Distance

Cook's Distance

Centered Leverage Value

Minimum Maximum Mean Std. Deviation N

Dependent Variable: Waktu Kontaka.

97

Lampiran 9

Perhitungan Derajat Deasetilasi Senyawa Khitosan dengan Metode Garis

Menggunakan rumus :

A1588 1

DD = 1 - x x 100%

A3410 1,32

Perhitungan:

A= log

dengan

Po = transmitans pada garis dasar

P = transmitans pada puncak minimum

A = absorbansi

A1588 = log

= log 1.7128

= 0.2337

A3410 = log

= log 3.3491

= 0.5249

DD = 1 - x 100%

= (1- 0.3373) x 100%

= 66.27%

98

Lampiran 10

Perhitungan persen hasil deasetilasi khitin menjadi khitosan

Pada proses deasetilasi khitin dipergunakan sebanyak 20,35 gram khitin dan

setelah proses diperoleh khitosan sebanyak 14,23 gram, maka persentase

perubahan khitin menjadi khitosan dapat dihitung sebagai berikut :

Massa khitosan

Persen hasil khitosan = x 100%

Massa khitin

14,23 g

Persen hasil khitosan = x 100%

20,35 g

= 69,93 %

EFEKTIFITAS MEMBRAN KHITOSAN DARI KULIT UDANG GALAH ...

Documents

Transcript of EFEKTIFITAS MEMBRAN KHITOSAN DARI KULIT UDANG GALAH ...