Julhim S. Tangio
Pendidikan Kimia, FMIPA Universitas Negeri Gorontalo
Korespondensi: Jalan Jenderal Sudirman 6 Kota Gorontalo,
96128.
Abstrak: Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
kemampuan dari biomassa enceng gondok dalam mengadsorpsi logam Timbal (Pb).
Dalam penelitian ini dikaji tentang adsorpsi Pb2+ pada biomassa daun enceng
gondok.Mengingat pH larutan sangat berpengaruh pada adsorpsi ion logam oleh
biomassa, maka dalam penelitian ini dikaji pula penentuan pH optimum terhadap
adsorpsi Pb2+. Penentuan pH optimum dilakukan dengan cara menginteraksikan 25
mL ion logam Pb2+ 60 mg/L dengan 0,1 g biomassa daun enceng gondok (Eichhorniacrassipes)
selama 60 menit pada variasi pH 3; 4; 5; 6,7; dan 8. Sebagai kontrol dibuat
larutan kontrol untuk mengetahui kelarutan Pb2+ pada berbagai pH.Penelitian ini
penting dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh pH terhadap adsorpsi
logam Timbal (Pb) yang diikat oleh biomasa enceng gondok.
Kata Kunci : Adsorpsi, Timbal (Pb),
Enceng gondok
PENDAHULUAN
Pertumbuhan penduduk dunia yang
sangat cepat dan perkembangan industri yang makin pesat menyebabkan makin
banyak bahan buangan yang bersifat racun yang di buang ke
lingkungan.Bahan-bahan buangan ini yang nantinya menjadi limbah dan mencemari
lingkungan dalam jumlah yang sulit di kontrol secara tepat. Di Indonesia,
sumber pencemar dapat berasal dari limbah rumah tangga, perusahaan-perusahaan,
pertambangan, industri dan lain-lain. Zat-zat pencemar lebih didominasi oleh
bahan buangan logam berat salah satunya adalah Timbal (Pb).
Keberadaan Timbal di lingkungan
umumnya berasal dari polusi kenderaan bermotor, tambang timah, pabrik plastik,
pabrik cat, percetakan, peleburan timah. Logam Pb diperairan merupakan suatu
masalah yang perlu mendapat perhatian khusus, karena logam berat ini dapat
berpengaruh buruk terhadap seluruh organismeyang ada di perairan dan dapat
terakumulasi dalam rantai makanan.(Nybakken, 1985) dalam (Sahara.E. 2009).
Fardiaz (dalam Sudarwin 2008)
mengemukakan bahwa Timbal mempunyai berat atom 207,21; berat jenis 11,34;
bersifat lunak serta berwarna biru atau silver abu - abu dengan kilau logam,
nomor atom 82 mempunyai titik leleh 327,4ºC dan titik didih 1.620ºC. Timbal
termasuk logam berat ”trace metals” karena mempunyai berat jenis lebih
dari lima kali berat jenis air.
Timbal adalah sebuah unsur yang
biasanya ditemukan di dalam batu - batuan, tanah, tumbuhan dan hewan. Timbal
95% bersifat anorganik dan pada umumnya dalam bentuk garam anorganik yang
umumnya kurang larut dalam air. Selebihnya berbentuk timbal organik. Timbal
organik ditemukan dalam bentuk senyawa Tetra Ethyl Lead (TEL) dan Tetra
Methyl Lead (TML). Jenis senyawa ini hampir tidak larut dalam air, namun
dapat dengan mudah larut dalam pelarut organik misalnya dalam lipid. Waktu
keberadaan timbal dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti arus angin dan curah
hujan. Timbal tidak mengalami penguapan namun dapat ditemukan di udara sebagai
partikel. Karena timbal merupakan sebuah unsur maka tidak mengalami degradasi
(penguraian) dan tidak dapat dihancurkan.
Beberapa metode yang dapat digunakan
untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah cair diantaranya adalah
pengendapan, penukar ion dengan menggunakan resin, filtrasi dan
adsorpsi.Adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai karena memiliki
konsep yang lebih sederhana dan juga ekonomis. Proses adsorpsi yang paling
berperan adalah adsorben.
Dewasa ini telah dikembangkan metode
adsorpsi dengan menggunakan biomassa tumbuhan yang dikenal dengan
fitofiltrasi.Dasar pemikiran dari fitofiltrasi adalah dengan mengunakan
biomassa tumbuhan yang telah mati sebagai pengikat ion logam (Gamez., et al.,
1999) dalam (Al Ayubi, 2007).Enceng gondok merupakan salah satu tumbuhan yang
dapat mengikat ion logam.Penggunaan biomassa enceng gondok, selain murah
merupakan metode yang efektif dalam mengikat ion logam berat, baik anionik
maupun kationik, bahkan pada konsentrasi ion logam yang sangat rendah.Selain
itu biomasa merupakan bahan yang bersifat biodegradabel sehingga ramah
lingkungan.
Enceng gondok dikenal sebagai
tumbuhan gulma air yang pertumbuhannya sangat cepat.Tidak heran kalau saat ini
enceng gondok sangat melimpah di Danau Limboto Kabupaten Gorontalo.Hampir
seluruh permukaaan danau sudah tertutup oleh enceng gondok.Penanganan terhadap
enceng gondok ini belum ada dari pemerintah, walaupun sebenarnya sudah
dialokasikan dana untuk penanggulangannya.
Berkaitan dengan hal tersebut di
atas, perlu kiranya untuk menggunakan enceng gondok sebagai adsorpsi logam
timbal (Pb).Hal ini penting dilakukan untuk memanfaatkan enceng gondok dan
dapat menghilangkan pencemaran logam berat yang sangat membahayakan makhluk
hidup.
Komposisi kimia eceng gondok
tergantung pada kandungan unsur hara tempatnya tumbuh, dan sifat daya serap
tanaman tersebut. Eceng gondok mempunyai sifat-sifat yang baik antara lain
dapat menyeraplogam-logam berat, senyawa sulfida, selain itu mengandung protein
lebih dari 11,5% dan mengandung selulosa yang lebih besar dari non selulosanya
seperti lignin, abu, lemak, dan zat-zat lain. Muramoto dan Oki (dalam Anonim,
2010) menjelaskan, bahwa enceng gondok dapat digunakan untuk menghilangkan
polutan, karena fungsinya sebagai sistem filtrasi biologis, menghilangkan
nutrien mineral, untuk menghilangkan logam berat seperti cuprum, aurum, cobalt,
strontium, timbal, timah, kadmium dan nikel.
Secara umum biomassa dapat diperoleh
dari tumbuhan secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai
energi atau bahan dalam jumlah yang besar. Secara tidak langsung mengacu pada
produk yang diperoleh melalui peternakan dan industri makanan.
Biomassa dapat digunakan sebagai
makanan, pakan ternak, serat, bahan baku, produk kehutanan, pupuk dan bahan
kimia. Biomassa merupakan bahan yang berasal dari zat-zat organik yang dapat
diperbaharui, dan dari mahluk hidup baik hewan ataupun tumbuhan. Selama
biomassa digunakan sebagai bahan mentah, karbonnya dapat dipertahankan di dalam
bahan dan tidak memberikan efek kepada emisis gas rumah kaca yang memberikan
kontribusi terhadap pemanasan global. Biomassa terdiri atas senyawa makromolekul
alami yaitu selulosa, lignin dan protein.
Gambar 1. Struktur Asam Amino
Daun enceng gondok memiliki asam
amino sebagai senyawa aktif dalam proses adsorpsi, hal ini didukung dengan
hasil analisa kimia dari Enceng gondok dalam keadaan segar diperoleh bahwa
kadar N total 0,28 %, bahan organik 36,59 %, C organik 21,23 %, P total 0,0011
% dan K total 0,016 % Hernowo, (dalam Al-Ayubi, 2007).
Enceng gondok selama ini lebih
dikenal sebagai tanaman gulma. Padahal, enceng gondok sebenarnya punya
kemampuan menyerap logam berat. Kemampuan ini telah diteliti di laboratorium
Biokimia, Institut Pertanian Bogor, dengan hasil yang sangat luar biasa.
Penelitian daya serap enceng gondok dilakukan terhadap besi (Fe) tahun 1999 dan
timbal (Pb) pada tahun 2000 (Hasim, 2007).
pH adalah derajat keasaman yang
digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh
suatu larutan. pH didefinisikan sebagai kologaritmaaktivitasion hidrogen (H+)
yang terlarut.Pengukuran nilai pH yang sangat rendah, misalnya pada air tambang
yang sangat asam,memerlukan prosedur khusus. Kalibrasi elektrode pada kasus ini
dapat digunakan menggunakan larutan standar asam sulfat pekat yang nilai pH-nya
dihitung menggunakan parameter Pitzer untuk menghitung koefisien aktivitas.
Logam yang terkandung dalam air jika
pH makin asam maka kelarutannya makin besar, sebaliknya jika larutannya makin
basa maka kelarutannya makin kecil yang ditandai adanya endapan. Larutan makin
asam pengionannya makin tinggi, sebaliknya makin bersifat basa maka akan
mengendap. Hal ini jelas bahwa adsorpsi lebih baik pada tingkat keasaman tinggi
karena pada pH ini terjadi pengionan lebih besar dan adsorpsi dapat terjadi
jika logam membentuk ion dan akan diikat oleh gugus aktif pada biomassa enceng
gondok.Namun tidak demikian, karena proses adsorpsi yang lebih baik terjadi
pada kisaran pH netral
METODOLOGI PENELITIAN
Metode penelitian adalah metode
penelitian eksperimental laboratorium dilakukan di selama 6 bulan, mulai April
sampai dengan Oktober 2012.Desain penelitian adalah menggunakan Rancangan Acak
Lengkap (RAL) dengan perlakuan variasi pH.Bahan yang digunakan sebagai biomassa
adalah daun enceng gondok yang diperoleh dari Danau Limboto Kabupaten
Gorontalo.Seangkan bahan kimia yang digunakan adalah aquades, quademineral,
timbal nitrat Pb(NO3)2 dan HNO3 0,1 M.
Data konsentrasi timbal teradsorpsi
diperoleh melalui pengurangan konsentrasi awal dengan konsentrasi sisa dimana
konsentrasi sisa dari tiap-tiap perlakuan didapatkan dengan menggunakan
spektroskopi serapan atom (AAS). Data absorbansi yang didapatkan ditentukan
nilai konsentrasinya dengan membuat kurvastandar antara absorbansi versus
konsentrasi yang telah diketahui yang didapatkan dari persamaan garis y = ax.
HASIL PENELITIAN DAN
PEMBAHASAN
Deskripsi Data
Derajat keasaman (pH) merupakan
salah satu faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi. Hasil analisis adsorpsi
larutan Pb dengan konsentrasi larutan awal 169,79 ppb dan variasi pH 3, 4, 5,
6, 7 dan 8 disajikan pada tabel 1 berikut:
Data menunjukkan adsorpsi Pb2+ oleh biomassa pada pH 3
sebanyak 109,21 ppb, pH 4 sebanyak 125,21 ppb, pH 5 sebanyak 134,87 ppb, pH 6
sebanyak 94,42 ppb, pH 7 sebanyak 90,56 ppb dan pada pH 8 sebanyak 63, 26 ppb
dengan larutan kontrol Pb2+ sebesar 169,79 ppb.
Pembahasan
1. Pengaruh pH terhadap Adsorpsi Timbal(II)
Data tabel diatas menunjukkan bahwa
makin tinggi pH (derajat keasaman makin kecil) dan daya adsorpsi makin besar
meskipun peningkatannya tidak signifikan. Adsorpsi pada pH 3 109,21 ppb
kemudian meningkat pada pH 4 menjadi 125,21 ppb dan pada pH 5 teradsorpsi
sebesar 134,87 ppb. Jika dilihat dari data ini terjadi peningkatan adsorpsi
pada pH 3,4 dan 5 sedangkan pH 6, 7 dan 8 adsorpsinya menurun. Hal ini
menunjukkan bahwa pH berpengaruh terhadap adsorpsi logam timbaloleh biomassa
enceng gondok.
Menurut Basta dan Tabatabai (1992)
dalam Saadi (2008) untuk dapat menggambarkan proses adsorpsi yang berkaitan
dengan pH dapat dilakukan dengan dua model yaitu adsorpsi melalui hidrolisis
logam dan adsorpsi melalui pertukaran ion.
Adsorpsi melalui hidrolisis logam
M2+ + H2O ↔ MOH+ + H+
MOH+ + X- ↔ XMOH
Dimana M2+ adalah ion logam dan X- mewakili
permukaan adsorben. Pada reaksi pertama ion-ion logam mengalami hidrolisis dan
menghasilkan proton, kemudian pada reaksi kedua proton MOH+ diikat oleh
adsorben X- . Adsorpsi yang disukai pada pH tinggi melalui pembentukan ion-ion
logam atau MOH+.
Adsorpsi melalui pertukaran ion
S ─ Hα + M2+ ↔ S ─ M + H+
Dimana S-H mewakili situs adsorpsi
permukaan adsorben, M2+ merupakan konsentrasi kesetimbangan ion logam S-M
adalah logam teradsorpsi pada biomassa, sedangkan alfa adalah koefisien
protonik. Pada proses ini terjadi kompetisi antara ion H+ dengan ion logam
terhadap situs pertukaran kation. Pada pH tinggi (konsentrasi ion H+ semakin
kecil) kompetisi antara ion H + dan logam makin berkurang sehingga jumlah logam
teradsorpsi makin besar dibanding dengan pH rendah.
Mekanisme pertukaran kation dapat
dijelaskan pula pada gambar berikut:
Gambar 2. Mekanisme Dugaan
Pertukaran ion pada biomasa dan ion logam Pb(II)
Mekanisme pertukaran ion ini terjadi
pada saat gugus-gugus karboksilat (COOH) pada asam-asam amino mengalami
deprotonasi akibat hadirnya ion hidroksida (OH-), sehingga gugus karboksilat
berubah menjadi bermuatan negatif (COO-) yang sangat reaktif untuk berikatan
dengan Pb2+.
Dari kedua model di atas menunjukkan
bahwa adsorpsi logam pada adsorben dipengaruhi oleh pH, dengan demikian pH
merupakan variabel penting atau faktor yang dapat mempengaruhi adsorpsi logam
oleh biomassa.
Berdasarkan mekanisme di atas,
pengaruh pH terhadap adsorpsi Pb(II) dapat dijelaskan dengan metode hidrolisis
berikut :
Hal lain yang dapat berpengaruh pada
adsorpsi Pb 2+ adalah karena adanya pembentukan ikatan hidrogen. Pembentukan
ikatan hidrogen diterangkan pula pada mekanisme reaksi berikut:
Mekanisme pembentukan ikatan
hidrogen memberikan peran yang sangat besar, karena logam Pb 2+ berada dalam
keadaan terkomplekskan dengan OH.Ikatan hidrogen terjadi antara dua atom yang
memiliki elektronegatifitas yang tinggi dengan hidrogen yang bersifat
prototik.Oleh sebab itu adsorpsi logam Pb2+ pada biomassa dalam medium air,
mekanisme pembentukan ikatan hidrogen diperkirakan memberi kontribusi terbesar.
Interaksi yang mungkin terjadi pada
proses adsorpsi timbal(II) oleh biomassa daun enceng gondok adalah ikatan
hidrogen, hal ini disebabkan spesiasi Pb2+ dari Pb(NO3)2 pada pelarut air
berbentuk Pb(OH)(NO3)2 (Cotton, 1989), sehingga pengikatan merkuri(II) oleh
biomassa bukan hanya terjadi pada atom logamnya saja akan tetapi juga
dimungkinkan berikatan dengan atom H pada gugus –OH dengan ikatan hidrogen.
Pada pH 3, 4 dan 5 adsorpsi biomassa
terhadap logam makin besar, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut ion H+ semakin
berkurang dan kesetimbangan bergeser kearah kanan sesuai dengan asas Le
Chatelier yaitu apabila suatu sistem kesetimbangan salah satu dikurangi maka
kesetimbangan bergeser ke arah yang dikurangi tersebut. Dengan adanya
pergeseran kesetimbangan PbOH+ bertambah menyebabkan daya serap enceng gondok
terhadap ion logam (Pb) semakin besar.
Pada pH 6, 7 dan 8 daya serap
biomassa enceng gondok menurun, hal ini disebabkan kemungkinan karena
konsentrasi PbOH+ H daya serap biomassa berkurang. Keadaan ini kemungkinan
terjadi juga karena pH makin tinggi maka akan bersifat basa sehingga kelarutan
Pb makin kecil dan mulai terjadi pengendapan. Hal ini memungkinkan Pb yang
terserap makin sedikit.
2.Penentuan pH Optimum adsorpsi
logam Timbal(II) oleh biomassa enceng gondok
Dugaan dalam penelitian ini adalah
bahwa situs-situs aktif yang terdapat pada biomassa daun enceng gondok
merupakan protein yang mempunyai satuan-satuan asam amino sebagai penyusunnya.
Interaksi antara Pb2+ dan adsorben biomassa daun enceng gondok terjadi karena
adanya gaya elektrostatik antara muatan negatif adsorben yang bertindak sebagai
situs aktif dengan muatan positif dari ion logam.
Ion logam terutama logam transisi
dapat membentuk ikatan dengan senyawa asam amino karena adanya elektron bebas
yang terdapat pada atom oksigen pada gugus fungsional senyawa asam amino berupa
–COOH setelah terdeprotonasi.Efektifitas interaksi antara ion logam dengan
senyawa asam amino sangat tergantung terhadap spesiasi gugus yang dikandungnya
dalam larutan. Gugus fungsional –COOH akan terdeprotonasi menjadi –COO- yang nantinya
akandigunakan untuk berikatan dengan logam Pb2+. Gugus fungsional –COOH dan –NH2
yang dimiliki oleh asam amino ini memiliki spesiasi yang berbeda pada pH
tertentu. Spesiasi gugus fungsional –COOH dan –NH2 dapat dilihat pada gambar
berikut:
Gambar
4. Spesiasi Gugus aktif pada asam amino (lehninger, 1982)
Dari
gambar diatas menunjukkan bahwa akibat hadirnya ion H+ gugus-gugus yang
terdapat dalam biomassa daun enceng gondok akan mengalami protonasi dan memilki
muatan positif yang sangat reaktif terhadap spesiasi dalam bentuk anion dan
akibat hadirnya ion OH- gugus-gugus yang dimiliki oleh biomassa daun enceng
gondok mengalami deprotonasi dan memiliki muatan negatif yang sangat reaktif
terhadap spesiasi logam dalam bentuk kation.Seperti halnya Pb2+akan teradsorpsi
oleh biomassa daun enceng gondok pada saat gugus-gugus aktif pada biomassa daun
enceng gondok mengalami deprotonasi.
Spesiasi
gugus pada asam amino dipengaruhi oleh titik isoelektrik yang dimiliki oleh
asam amino. Dengan mengetahui titik isoelektrik dapat diramalkan muatan dari
asam amino akibat protonasi atau deprotonasi pada tiap-tiap perubahan pH
larutan. Dengan mengetahui titik isoelektik asam amino pada daun biomassa
enceng gondok dapat membantu memprediksikan situs aktif biomassa yang berfungsi
sebagai pengikat Pb2+ Lehninger (1982). Pemprediksian kandungan asam amino
dilakukan dengan cara mencari senyawa asam amino yang mempunyai titik
isoelektrikkurang dari 6 atau sama dengan 6, karena titik isoelektrik dari 20
asam amino lebih banyak berada pada titik tersebut, Lehninger (1982).
Hasil
analisis AAS diperoleh bahwa pada pH 3, 4 dan 5 konsentrasi Pb2+ yang
teradsorpsi meningkat.Hal ini terjadi karena pH makin besargugus-gugus asam
amino mengalami deprotonasi dan memiliki muatan negatif yaitu ion OH- yang
sangat reaktif terhadap logam, sehingga logam yang teradsorpsi makin besar.Pada
pH 6, 7 dan 8 konsentrasi Pb2+ yang teradsorpsi menurun.Hal ini kemungkinan
disebabkan karena konsentrasi pada keadaan ini terjadi kesetimbangan situs
aktif biomassa dengan ion logam dan pada kondisi ini pH mulai mengendap. Hal
ini dimungkingkan pH optimum berada pada kisaran 5
Penutup
1. Simpulan
Berdasarkan
hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Variasi pH dapat berpengaruh terhadap adsorpsi
logam timbal (Pb) oleh biomassa daun enceng gondok. Pb2+ yang teradsorpsi
masing-masing adalah pada pH 3 diperoleh 109,21 ppb, pH 4 diperoleh 125,21 ppb,
pada pH 5 teradsorpsi sebesar 134,87 ppb, pH 6 teradsorpsi 94,42 ppb, pH 7
sebesar 90,56 ppb dan pH 8 sebesar 63, 26 ppb.
2. pH
5 merupakan pH optimum adsorpsi timbal (Pb) oleh biomassa enceng gondok.
2. Implikasi dan Saran
Adapun
saran-saran dari penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini diharapkan menjadi rujukan bagi
peneliti selanjutnya untuk mengkaji lebih memperdalam masalah ini.
2.
Dalam penelitian ini perlu penelitian lanjutan terutama variasi konsentrasi
pada pH optimum, proses terjadinya ikatan, pemerangkapan, ikatan kompleks yang
terjadi pada proses adsorpsi.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad, R. 2004, Kimia Lingkungan, Edisi I Yogyakarta:
ANDI; Jakarta : Universitas Negeri Jakarta.
Anonim, 2010, pemanfaatan enceng gondok.From: http: //
menyelamatkan danau limboto. wordpress.com/
teknologi-pengendalian-pencemaran-air/pemanfaatan-eceng-gondok/. Diakses 1
Maret 2012
Al-Ayubi, M.Ch. 2007, Skripsi: Studi Kesetimbangan Adsorpsi
Merkuri (II) pada biomassa daun enceng gondok (Eichhornia crassipes).UIN
Malang.
Falah, Sirojul U. 2003, "Eceng Gondok, Gulma Sahabat
Manusia?". Harian Pikiran Rakyat. 28 September 2003.
http://www.pikiran-rakyat.com/cetak/0903/28/1001.htm. di akses 27 Februari
2012.
Hasim., 2007, enceng gondok pembersih logam berat, www.kompas.com/kompas-tak/0307/02/inspirasi/404854.htm
- 40k -, diakses pada tanggal 27 Februari 2012.
Lehninger. 1982. Dasar-dasar Biokimia.
Mahdian dan Saadi, Parham.2008, Jurnal.Pengaruh Konsentrasi
dan pH Larutan Terhadap Adsorpsi Timbal(II) dan Kadmium(II) Pada Adsorben
Biomassa Apu-apu Dengan Metode Statis.Kalimantan Scientiae. No. 71 Th.XXVI
Vol April 2008.
Rahman, A. 2006, Kandungan Logam berat Timbal (Pb) dan
Kadmium (Cd) padaBeberapa Jenis Krustasea Di Pantai Batakan dan Takisung
Kabupaten Tanah Laut Kalimantan Selatan.Bioscientiae Vol. 3, No. 2. Juli
2006
Sahara, E. 2009, Jurnal : Distribusi Pb dan Cu pada
berbagai ukuran partikel dan sedimen pelabuhan Benoa.
Sudarwin, 2008.Analisis Spasial Pencemaran logam berat (Pb
dan Cd) pada sedimen aliran sungai dari tempat pembuangan akhir (TPA)sampah
Jatibarang Semarang.
Underwood A. L. & Day, R.A., 2002, Analisis Kimia
Kuantitatif, alih bahasa sopyan, Erlangga, Jakarta
No comments:
Post a Comment