Pemanfaatan Jerami Untuk Penyerapan Logam Berat 1imbal (Ph) (Siti Wardiyati)

PEMANFAATAN JERAMIUNTUK PENYERAPAN LOGAM BERAT TIMBAL (Pb)

Siti Wardiyati daD WildaD Zakiah LubisPuslitbang Iptek Bahan (P31B) -BATAN

Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 13514

ABSTRAK

PEMANFAATAN JERAMI UNTUK PENYERAPAN LOGAM BERAT TIMBAL (Pb). Telah dilakukan penelitianpemanl'aatan jerami untuk penyerapan logam berat Timbal (Pb) dalam air. Penelitian ini dilakukan guna menaikkan nilai ekonomisjerami serta mendapatkan kondisi optimum penyerapan logam berat Pb oleh jerami. Percobaan dilakukan secara catu denganmenggunakan larutan umpan Pb-nitrat dengan konsentrasi Pb 10 mg/L. Parameter yang dipelajari adalah pengaruh pH larutanumpan, waktu kontak, ukuranjerami dan perbandingan larutan umpan terhadap jerami. Penentuan Pb dilakukan dengan menggunakanalat Spektrolotometer UV-VIS DMS 100. Dari basil percobaan diperoleh kondisi optimum pH larutan 5-6, waktu kontak 20menit, ukuran jerami lolos ayakan 40 mesh dan perbandingan larutan umpan terhadap jerami 50 mL : 0,5 g, dengan kondisitersebut efisiensi penyerapan mencapai 95 0/0.

Kala kunci : Jerami, logam berat timbal

ABSTRACT

APLICATION OF HAYSTACK FOR ABSORPTION OF LEAD HEAVY METAL. Research ofaplication of hay torabsorption of lead heavy metal from water was carried out. This experiment done to increassing of economic point of hay and tofind an optimum condition of absorption process. The method of experiment is batch process with using 10 ppm lead-nitric asfeed solution. The parameter studied in this experiments are pH feed solution, contact time, size of hay and ratio of volume ofteed solution to weihgt of hay. Determination ofPb using Spektrofotometer UV-VIS DMS 100. The result of experiment foundof optimum contidion was obtained pH offeed solution is 5 -6, contact time Of20 minutes, size of hay is passed of sieve 40 mesh

and ratio of feed solution to weight of hay are 50 cc : 0.5 g. The efficiency of absorption on those condition is 95 %.

Key wordY : Haystack, lead heavy metal

PENDAHULUAN

zeng, dan nike1. [3] Limbah nut lain yang bisa digunakanuntuk penyerapan logam berat diantaranya kulit kacang,ku1it buah-buahan, serbuk kayu, ku1it pohon, dan sabut

ke1apa. [3]Jerami terdiri dari lignin 12 -14 %, se1u1osa 28 -36

%, pentosan23 -25 % dankadarabu 14-20 %. [4] Dindingset yang mengandung selulosa tersusun atas beberapagabungan polisakarida. Salah satu po1isakarida tersebutberupa senyawa alginate dengan sifat sebagai penukarion. Mekanisme reaksi pertukaran ion po1isakarida dalamlimbah nut (biomassa) dengan logam berat dapatditu1iskan sebagai berikut : [5]

Jerami atau batang padi banyak ditemui disawah-sawah bila musim pallen tiba. Diketahui penggunaanjerami sampai saat ini sebagai makanan temak, bahanpembuat kertas daD pupuk organik. Penggunaan jeramidapat ditingkatkan, untuk menaikkan nilai ekonomisnya,diantaranya untuk penyerapan logam berat yang terlarutdalam air.

Dewasa ini sebagian besar air diduga telahtercemar logam berat yang diakibatkan oleh adanya gasotomotif dan gas buangan serta limbah daTi pabrik. [1 ,2]Dengan adanya logam-logam berat seperti merkuri,mangan, timbal , nikel, peTak, seng, kobal, kadmium dankrom dalam air, maka perlu dilakukan penelitianpemanfaatan jerami untuk penyerapan logam berat.

Penelitian ini bertujuan untuk menyelesaikanmasalah lingkungan dan menaikkan nilai tambah jerami.Jerami merupakan salah satu limbah nut yang dapatdimanfaatkan sebagai penyerap logam berat seperti

timbal, merkuri, aluminium, perak, cadmium, mangan,

2 NaAlg + Me+2

(Natrium Algirate) (Logam)

Me(Alg)2 + 2 Na' (1)--.

Selain faktor tersebut diatas ada faktor lain yangjuga berpengaruh pada penyerapan logam berat. yaitufaktor fisis dari pada jerami yang berfungsi sebagai media

281

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

lamtannya, dicuci dengan air bebas mineral hingga aircucian tidak berwarna dan kemudian dikeringkan denganudara.

Penyerapan Timbal oleh Jerami yangTermodifikasi

penyaring (molekuler sieve). Dengan demikian prosespenyerapan logam berat oleh jerami merupakankombinasi antara penukar ion, adsorpsi dan

kompleksasi. [5]Limbah nut berupa jerami tidak langsung

digunakan begitu saja, mengingat limbah tersebut padaumumnya berwarna. Apabila limbah tersebut digunakanlangsung, maka air hasil treatment akan terkontaminasioleh pigmen limbah nut. Untuk menghindari hal tersebutperIn dilakukan modifikasi limbah. Dengan adanyamodifikasi ini struktur daripada limbah akan stabil,sehingga menaikkan waktu pemakaian. [3]Modiflkasidilakukan dengan cara mereaksikan limbah nut dengansenyawa kimia. Ada beberapa kimia yang bisa digunakandiantaranya lanItan HNO, dan campuran ~SO 4 dengan

formaldehyde. [3,5]Parameter yang dipelajari pada penelitian

pemanfaatan jerarni untuk penyerapan logam beratTimbal (Pb) yaitu pH larutan umpan, waktu kontak,ukuran jerarni dan perbandingan antara lamtan umpan

danjerami.

PERCOBAAN

Proses penyerapan timbal dengan jerami yangtermodifikasi dengan campuran asam sulfat danformaldehyde dilakukan secara batch (catu). Caranyalarutan Pb nitrat dengan konsentrasi Pb tertentudikontakkan denganjerami pada sebuah beaker gelas,kemudian diaduk dengan menggunakan pengadukmagnet. Setelah proses penyerapan selesai, jeramidipisahkan daTi efluentnya dan selanjutnya efluentdianalisis kandungan timbalnya dengan menggunakanalat Spektrofotometer UV -VIS D MS 100. Parameter yangdipelajari pada percobaan ini adalah pengarnh pH larntan

umpan( 1,2,3,4,5,6,7,8), waktukontak(5, 10, 15,20,25,30,35,40) menit, ukuranj(;T.urn (Iolos ayakan 20, 40,60, 80) mesh dan konsentrasi Pb pada larutan umpan(petbandingan antara Ph danjerami).

Penentuan Pb

Bahan Penentuan Pb dilakukan dengan menggunakanalat Spektrofotometer UV-VIS DMS 100 produkVARIAN, dengan menggunakan larutan 4-2 PyridilazoResorcinol (PAR) sebagaipengkhelat. [6,7] Timbal (Pb)dalam media alkali kuat (pH 10) akan bereaksi cepatdengan PAR membentuk khelat stabil berwama merah.WarDa inilah yang dijadikan dasar untuk penentuan Pbdengan metode Spektrofotometer.

Jerami,formaldehyde (Aldrich), ~SO 4 (Aldrich),Pb(N°J2 (Aldrich), 4-2-Pyridylazo Resorcinol (PAR)(Aldrich), Air bebas mineral, HCI (Aldrich), NaOH(Aldrich), kertas saling Whatman. Bahan-bahan yangdigunakan dalam tingkatpure analysis.

Alat

HASILDANPEMBAHASANMotor pengaduk magnet, SpektrofotometerUV. VIS DMS 100 (Varian), Oven, ayakan, dan peralatan

gelas. Percobaan penyerapan timbal olehjerami yangtermodifikasi oleh campuran H2SO4 0,2 N daDformaldehyde 35 % memberikan basil seperti yangditunjukkan pada gambar daD label berikut ini.CARA KERJA

Preparasi Jerami

Jerami dikeringkan dengan panas mataharihingga kadar airnya sekitar 10%, selanjutnya dipotong-potong sepanjang 2- 3 mm, digerus dan diayak denganukuran 20, 40, 60, dan 80 mesh. Jerami hasil ayakantersebut siap untuk dimodiflkasi.

Modifikasi Jerami

Modifikasi jerami dilakukan agar diperolehstruktur jerami yang stabil, bebas dari pigmen luar daDsenyawa organik. Modifikasi dilakukan dengan caramereaksikan jerami yang tidak dicuci sebelumnyasebanyak 10 g dengan 1 liter 0,2 N ~SO4 daD 50 gformaldehyde 35 %. Campuran tersebut selanjutnyadiaduk sampai campur sempurna daD kemudiandidiamkan selama 2 jam pada suhu 50°C. Jerami yangtelah termodifikasi selanjutnya dipisahkan dari

Pengaruh pH Larutan Umpan.

Percobaan penyerapan 10gam berat Pb olehjerami termodiftkasi dilakukan dengan menggunakanlarntan umpan Pb nitrat dengan konsentrasi Pb 10 mg/L.Caranya larntan Pb nitrat sebanyak 50 mL dikontakkandengan 0,5 gjerami dengan ukuran 1010s ayakan 40 meshpada beker gelas 150 ml, kemudian diaduk secara pelan-pelan dengan menggunakan pengaduk magnet selama20 meDii, setelah proses penyerapan selesai jeramidipisahkan dan efluent dianalisis kandungan Pb denganmenggunakan SpketrofometerUV-VIS DMS 100. Padapercobaan ini pH larntan umpan divariasi daTi 1,2, 3,4,5, 6, 7, daD 8.

Dari Gambar 1 diatas terlihat bahwa kenaikan pHdari pH 1 sampai dengan pH 0 dkan menaikkan jumlahPb yang terserap oleh jerami, akan tetapi untuk pH 7keatas terjadi penurunan efisiensi penyerapan karena

282

Pemanfaatan Jerami Untuk Penyerapan Logam Berat Timbal (Ph) (Siti Wardiyati)

~c"[~..Qj>-c~"incQj"in'=w

,

2 3 4 5 6 7

pH larutan UrT1Jan

358

Gambar 1. Pengaruh pH larutan umpan terhadappenyerapan timbal oleh jerami, Pada konsentrasi Ph10 mg/L. waktu kontak 10 menit. ukuran jerami lo1oNayakan 40 mesh, perbandingan larutan umpan terhadapjerami SO mL : O,S g.

Gambar 2. Pengaruh waktu kontak terhadap penyerapantimbal oleh jerami, pada konsentrasi Pb 10 mg/L.pH larutan umpan S. ukuran jerami lolos ayakan 40 mellh.perbandingan larutan umpan erhadap jerami SO mL :O,S g.

pacta pH tersebut terjadi endapan putih Pb(OH), pactalamtan umpan sehingga proses penyerapan tidak efisienlagi. Hal ini dikarenakan permukaanjerami tertutup oleh

endapan yang terbentuk, sehingga mempengaruhiproses penyerapan. Sedangkan untuk pH dibawah 7kenaikan pH menaikkan efisiensi penyerapan, haI ini bisakita lihat pacta reaksi berikut ini :

waktu kontak akan menaikkan efisiensi penyerapan Ph,akan tetapi setelah waktu kontak mencapai 20 menit,kenaikan waktu tidak lagi menaikkan efisiensipenyerapan. Untuk waktu kontak kurang dari 20 menit,kenaikkan waktu kontak akan menaikkan efisiensi

penyerapan karenajerarni yang digunakan belumjenuhterhadap Pb. Sedangkan untuk Waktu kontak diatas 20menit efisiensi penyerapan menurun, hal ini dikarenakanjerami mulai jenuh terhadap Pb dan disebabkan pulakemampuan jerami untuk menyerap Pb dibatasi olehperbandingan stoikiometri antara ion Pb+2 denganalginate seperti yang dituliskan pacta pada reaksi 2.Lebih lanjut lagi untuk waktu kontak diatas 20 menitterjadi sedikit penurunan efisiensi penyerapan, hal inikemungkinan disebabkan Pb yang terikat oleh jeramisecara fisis yang sifatnya kurang kuat ikatannya,sehingga dengan bertambahnya waktu danpengadukan, Pb yang tadinya terikat akan terlepaskembali.

Pb(Alg)2 +2 NaNO)PbT2 + HNO ,

(2)(3)

2 NaAlg + Pb(N°J2 ~Pb(NOJ2 + H+ ~

Ukuran Jerami

Melihat reaksi yang terjadi pacta proses

penyerapan Pb oleh alginate tersebut diatas terlihat

bahwa dengan kenaikkan pH, akan mempermudah

lepasnya ion NO; daTi Pb(NO)2 yang selanjutnya

membentuk HNO" Sedangkan Pb+2 yang terbentuk

membentuk kompl"eks Pb(Alg)2' Dengan demikianjelas

dengan kenaikkan pH akan menaikkan efisiensi

penyerapan Pb olehjerami, Pernyataan ini diperkuat oleh

TOBIN, J, M, dkk yang menyatakan bahwa pacta pH

asam gugus fungsional biomassa dalam hat ini jerami

bermuatan negatip, sehingga akan terjadi pengikatan

logam yang acta pacta larutan [3], Dari percobaan ini dapat

disimpulkan bahwa pH optimum terjadi pacta pH 4 -6,

Pengaruh Waktu Kontak Terbad!p tflSi,ensi

Penyerapan

Pengaruh waktu kontak terhadap efisiensipenyerapan Pb oleh jerarni terrnodifikasi ditunjukkanpacta Garnbar 2. Cara percobaan sarna seperti pactapercobaan pengaruh pH larutan terhadap penyerapanPb, hanya kondisi operasi nya sedikit berbeda yaitu pactapercobaan ini pH larutan ditetapkan 5 dan waktupercobaandivariasi dari 5,10,15,20,25,30,35 dan 40rnenit.

Secara teoritis ukuran jerami akan mempengamhidaya serap jerami itu sendiri, karena semakin kecil ukuranjerami, luas permukaannya akan semakin bertambah,sehingga bertambah pula daya serapnya. Akan tetapiapabila ukuran jerami terlalu kecil, hal ini akanberpengamh terhadap fungsi daripadajerami itu sendiriyaitu sebagai media penyaring dia akan terikut dalamefluent. Ukuran jerami yang merupakan salah satuparameter pada percobaan ini, dipelajari pada ukuranjerami yang lolos ayakan 20, 40, 60, dan 80 mesh. Hasilpercobaan ditunjukan pada Gambar 3.

Dari Gambar 3 tersebut diatas terlihat bahwaukuranjerami yang lolos ayakan 20 sampai dengan 80mesh memberikan basil penyerapan Pb yang tidak jauhberbeda. Hal ini disebabkan karena perbedaan luaspermukaanjerami pada ukuran kisaran tersebut diatastidak jauh berbeda, sehingga daya serapnya tidak jauhberbeda. Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa

Dari Gambar 2 diatas menunjukkan bahwa prosespenyerapan Pb oleh jerami yang termodifikasi relatipsingkat. Untuk waktu kontak 5 menit, efisiensipenyerapan telah mencapai 80 0/0. Dengan kenaikkan

283

100 ;;

901

eoi70 .;

:1:i10

0

Prosiding Pertemuan lbniah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002

ISSN 1411-2213

Tabell. Efisiensi penyerapan Ph oleh jerami 0,5 g(ukuran lolos ayakan 40 mesh) dengan 50 ml larutanumpan, pada pH 5 dan waktu kontak 20 menit.

-,100

Dan Tabel 2 terlihat bahwa penyerapan Pb oleh

jerami yang temlodifikasi oleh carnpuran ~SO 4 daDformaldehyde, efisiensi penyerapan lebih tinggidibandingkan dengan sabut kelapa yang dicuci denganHNO) pada kondisi operasi yang sarna dan waktu kontakpenyerapan Pb olehjerami relatiflebih pendek.

ukuran jerami yang lolos ayakan 20 hingga 80 meshmemberikan perbedaan basil yang tidak signifIkanterhadap penyerapan Pb.

KESIMPULAN

Dan basil percobaan pemanfaatan jerami untukpenyerapan logam berat Pb dalam air dapat disimpulkanbabwa jerami yang termodifikasi oleh campuran0,2 N H2SO4 dan Formaldehyde 35 % terbukti bisadigunakan untuk penyerapan logam berat Pb. Denganefisiensi penyerapan 95 % untuk larutan Pb 10 mg/Lsebanyak 50 mL , pH larutan 5 dan waktu kontak 20menit dan jumlah jerami 0,5 g.

DAFTARPUSTAKA

[1]. WISNU ARYA WARDHANA, DampakPencemaran Lingkungan, Andi Offset, Yogyakarta,

(1995).[2]. SITI WARDIYATI, WILD AN ZAKIAH LUBIS,

SUTISNA, SUMARDJO, ARI HANDAYANI.,Pemanfaatan Zeolite Alam Untuk Pemumian AirMinum, Seminar Nasional Kimia 2002, JurusanFf\.1:IPA UNNES -UNDJP Sernarang.

[3]. RANDALL, JOHNM., RANTALA, EARL WAlSSJR., ANTHONI C., KUHNLE, JUDITH A.,Removing heavy ions from water, United StatesPatent, 3,944,415, March 16, (1976).

Pengaruh Perbandingan Larutan Pb denganJerami Terhadap Efisiensi Penyerapan

Percobaan pengaruh perbandingan larutanumpan terhadap jerami dilakukan dengan cara menvariasikonsentrasi Pb dalam larutan umpan. Pada percobaanini konsentrasi Pb dalam larutan umpan divariasi dari 5,10, 15,20, daD 25 mg/L, sedangkan beratjerami tetap0,5 g daD pH lamtan 5. Hasil percobaan ditunjukan padaTabell berikut ini.

Dari Tabel I terlihat bahwa dengan kenaikankonsentrasi Pb dalam larutan umpan, prosentaseefisiensi penyerapan berkurang, hal ini jelas karenadengan kenaikan konsentrasi dalam larutan, jumlah Pbyang hams diserap oleh jerami semakin bertambah,sehingga prosentase efisien penyerapan berkurang. Halini disebabkan karena kemampuan jerami untukmenyerap Pb terbatas yaitu dibatasi oleh perbandinganstoikiometri antara Pb+2 dengan senyawa alginate yangada pada jerami. Dari percobaan dapat disimpulkan

perbandingan optimal antara Pb denganjerami adalah0,5 mg Pb : 0,5 gjerami .

Dari keseluruhan percobaan diatas bila kita

bandingkan dengan percobaan penyerapan Pb olehlimbah nut lain yaitu sabut kelapa yang dilakukan olehJUMIARTI dan kawan-kawan dapat dilihat pada Tabe12berikut ini.

Tabel 2. Penyerapan logam berat Pb oleh limbah

284

Pemanfaatan Jerami Untuk Penyerapan Logam Berat Timhal (Ph) (Siti Wardiyati)

[4]. 2. Apakah yang berpengaruh dalam penyerapan olehjernmi

3. Berapa persen keuntungan jika dihubungkan denganproduk industri

[5]

[6].

JawabanI. Campuran antara ~SO4 dengan formaldehyde

terhadap kuantitas penyerapan logam tidakberpengaruh, tetapi sangat berpengaruh terhadapkualitas air basil olahan.

2. Kandungan unsur dalam jerami yang palingberpengaruh adalah senyawa alginate

3. Belumdikaji[7].

TRI DARWINTO, Degradasi Lignin Kayu Jati(Tectona Grandis L.), Skripsi Fakultas Matematekadan IImu Pengetahuan alam , Universitas Gadjah

MadYogyakarta, (1994).JUMIARTI, JUNE MELAWATI, SURIPTO,MARYOTO, Penyerapan Ion Logam Berat DalamLarutan 01eh Sabut Kelapa Sawit, Hasil-hasilPenelitian Aplikasi Isotop dan Radiasi, (1994),BAT AN.sm WARDIYATI, Penentuan Timbal (Pb) DenganMetoda Spektrofotometri, Laporan Teknis P3IB301002/2002, BATAN Serpong.ZYGMUNT MARCZENKO, Separation andSpetrophotomettric Determination of Elemens,Ellis Horwood Limited England, (1986). Ibrahim G., P3TIR -BATAN

PertanyaanSebaiknya diketahui juga kandungan silika yang adadalam jerami, karena kemungkinan silika akan dapatmengikat Pb,

TANYAJAWAB

Jawaban

Saran Bapak sara terima dan akan sara lakukanpercobaan

Sugik, P3IB -BATANPertanyaan1. Substitusi Pb ke dalam jerami (lignin, selulosa atau

bagian lainnya)2. Bagaimana dayajerapjerami terhadap Pb3. Kondisi optimal penyerapan Pb

Desmawita, P3TIR -BATANPertanyaan1. Apakah fuu sudah mencoba untuk logam berat yang

lainnya dan bagaimana hasilnya.2. Saran untuk melanjutkan penelitian dengan sabut

kelapa sawit

Jawaban1. Substitusi Pb menggantikan Na+ yang berikatan

dengan senyawa alginate seperti yang ditunjukkanpada reak.si berikut :2 NaAlg + Pb(N°3)2 -:t Pb(Alg)2 + 2 NaN°3

2. Daya jerab jerami mencapai 95% untuk larutan Pb10 mg,iL sebanyak 50 rnL denganjerarni 0,5 g

3. Kondisi Optimal: pH larutan 5-6, waktu kontak 20menit, ukuran jerami lolos ayakan 40 mesh,perbandingan umpan terhadap jerami sebesar50rnL: 0,5 g

Jawaban1. Untuk logam berat yang lain belum kami lakukan

karena penelitian ini merupakan penelitianpendahuluan, untuk peneltian selanjutnya akan kamilanjutkan terhadap logam berat lainnya

2. Saran Ibu akan saya lakukan

Lely H., P3TIR -BATAN

PertanyaanI. Apakah pernah dicoba dengan logam lain2. Apakah pernah dicoba dengan sistem kontinyu

(kolom)

Jawaban1. Belum daD akan dicoba2. Belum, dalam percobaan ini ditentukan kondisi

optimal terlebih dahulu seperti pH larutan, waktukontak daD ukuran jerami. Setelah diperoleh kondisioptimal tersebut diatas, akan dilanjutkan dengansistem kontinyu (kolom)

Tri Ismirani, Fisika FIv1IPA -UNn.A

Pertanyaan1. Apakah campuran antara H2SO 4 dengan

formadehyde berpengaruh terhadap kuantitas

penyerapanlogam

285