ISOTERM ADSORPSI ION LOGAM Pb(II), Cd(II), DAN Cu(II) OLEH BIOMASSA NANNOCHLOROPSIS SP. YANG DIIMMOBILISASI POLIETILAMINA-GLUTARALDEHIDA

Oleh Sinly Evan Putra, Buhani, Suharso

ABSTRAK

It has been carried out immobilization of Nannochloropsis sp. biomass with polymer matrix resulted from cross-linking between polyethylenimine-glutaraldehyde as adsorbent of metal ions Pb(II), Cd(II), and Cu(II). A result obtained shows that adsorption model of metal ions immobilized by biomass is isotherm Langmuir. Maximum adsorption capacities of immobilized biomass upon metal ions are around 5.630, 5.312, and 5.670 mg/g adsorbent for Pb2+, Cd2+, and Cu2+,respectively. In addtion, adsorption energies of the immobilized biomass upon metal are around 28.428, 25.745, and 26.946 kJ/mole for Pb2+, Cd2+, and Cu2+, respectively. From these adsorption energies, it can be concluded that interaction occured between immobilized biomass and metal ions is chemical interaction.

Key words: Nannochloropsis sp., polyethylenimine-glutaraldehyde, immobilization.

I. PENDAHULUAN

       Dengan meningkatnya pencemaran air oleh logam berat Pb, Cd, dan Cu, maka dalam dasawarsa ini, berbagai metode alternatif telah banyak dikembangkan. Salah satunya adalah pemanfaatan sistem adsorpsi oleh spesies alga, baik dalam keadaan hidup maupun dalam bentuk sel mati (biomassa). Menurut Harris dan Ramelow (1990), kemampuan alga dalam menyerap ion-ion logam sangat dibatasi oleh beberapa kelemahan seperti ukurannya yang sangat kecil, berat jenisnya yang rendah dan mudah rusak karena degradasi oleh mikroorganisme lain. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, berbagai upaya dilakukan diantaranya dengan mengimmobilisasi biomassanya (Lewis, 1994).

       Penggunaan zeolit (Buhani dan Suharso, 2005) dan silika gel (Buhani 2003) sebagai pengimmobil biomassa Nannochloropsis sp. telah dilakukan. Namun pada penelitian ini akan digunakan pengimmobil lain yaitu matriks polimer hasil cross-link antara polietilamina-glutaraldehida. Pemilihan polietilamina dan glutaraldehida sebagai pengimmobil dilakukan karena polietilamina dan glutaraldehida mempunyai gugus aktif dan permukaan yang reaktif yaitu –NH­2 dan –CHO. Jika kedua senyawa tersebut berikatan dengan biomassa maka akan terbentuk matrik polimer melalui metode ikatan silang. Matrik polimer yang terbentuk selanjutnya akan memberikan kestabilan pada biomassa dengan tanpa menggangu gugus aktif dari biomassa itu sendiri.

 II. METODE PENELITIAN

2.1 Persiapan Adsorben

2.1.1 Persiapan biomassa Nannochloropsis sp.

      Biomassa alga diperoleh dari isolasi Nannochloropsis sp. dan dibudidayakan dalam skala laboratorium pada Balai Budidaya Laut (BBL) Lampung. Pengkulturan dilakukan selama 8 hari, hasil dari kultur disentrifius untuk memperoleh biomassa. Biomassa yang diperoleh diresuspensi dalam larutan    0,12 N HCl, diagitasi selama kurang lebih 20 menit dan disentrifius untuk memisahkannya dengan larutan HCl. Prosedur ini diulang sebanyak dua kali kemudian dilakukan pencucian dengan akuades. Terakhir disentrifius dan dikeringanginkan selama kurang lebih 24 jam, untuk memperoleh biomassa kering yang siap digunakan.

2.1.2 Persiapan biomassa diimmobilisasi polietilamina- glutaraldehida

       Persiapan biomassa alga yang diimmobilisasi polietilamina-glutaraldehida dilakukan dengan metode Brieley yang dimodifikasi oleh Valdman dan Leite (2000). Biomassa alga Nannochloropsis sp. dicampur dengan polietilamina 15% dan glutaraldehida 15% dengan perbandingan 2 gram : 2 mL : 1 mL. Campuran kemudian didiamkan selama 12 jam pada temperatur 45oC untuk membentuk matriks polimer, kemudian dibilas dengan akuades dan dikeringkan pada temperatur 45oC.

2.2 Proses Adsorpsi

      Proses adsorpsi dilakukan dengan metode batch. 10 mL larutan Pb(II) pada konsentrasi berbeda: 0, 1, 2, 4, dan 10 mg/L diinteraksikan dengan 20 mg biomassa alga pada temperatur 27oC dan dishakker selama 1 jam. Kemudian disentrifius selama 5 menit untuk memisahkan filtrat dan endapan. Filtrat diambil dan dianalisis kadar logam yang tersisa dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Perlakuan yang sama juga dilakukan terhadap ion logam Cd(II) dan Cu(II).

2.3 Identifikasi Spektrofotometer IR dan Scanning Electron Microscope (SEM)

      Identifikasi dengan Spektrofotometer Inframerah (IR) dilakukan untuk mengetahui gugus-gugus fungsional dari biomassa, matriks polimer, dan gugus-gugus fungsional biomassa yang terikat dengan ion logam. Sedangkan identifikasi dengan Scanning Electron Microscope (SEM) dilakukan untuk mengetahui morfologi permukaan dari biomassa alga sebelum dan setelah diimmobilisasi. Untuk analisis dengan Spektrofotometer Inframerah (IR) dilakukan di Pusat Penelitian Kimia Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Serpong, sedangkan analisis SEM dilakukan di Batan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Serpong.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

 3.1 Identifikasi Gugus Fungsi Menggunakan Spektrofotometer Inframerah (IR)

    Interaksi kimia yang terjadi dalam proses adsorpsi ion logam oleh biomassa melibatkan gugus fungsi kimia sebagai situs aktif dari adsorben. Hasil identifikasi adsorben dengan spektrum inframerah disajikan pada Gambar 1.

spektrumGambar 1. Spektrum inframerah biomassa Nannochloropsis sp., matriks polimer polietilamina-glutaraldehida, dan biomassa Nannochloropsis sp.-Pei-Glu.

       Dari spektrum inframerah, diketahui bahwa gugus fungsi yang dominan pada biomassa Nannochloropsis sp. sebelum dan setelah diimmobilisasi adalah gugus fungsi amina, amida dan karboksilat. Gugus fungsi amina menghasilkan serapan yang khas pada daerah yang sama dengan daerah serapan alkohol (-OH) yakni pada daerah 3700-3000 cm-1. Adanya gugus –OH yang memiliki puncak melebar pada daerah 1700-1600 cm-1 menunjukkan bahwa –OH terikat pada gugus karbonil yang merupakan gugus karboksilat. Pelebaran puncak tersebut dikarenakan vibrasi ulur –OH membentuk dimer dengan ikatan hidrogen gugus karboksilat. Sedangkan gugus C-O muncul di daerah sidik jari 1200-900 cm-1. Selain dengan –OH, gugus karbonil dapat berikatan dengan –NH2 membentuk amida (-CONH2).

3.2 Identifikasi Morfologi Adsorben Melalui Scanning Electron Microscope (SEM)

       Morfologi permukaan dari biomassa Nannochloropsis sp. dan biomassa Nannochloropsis sp. terimmobilisasi polietilamina-glutaraldehida, ditunjukkan pada Gambar 2 dengan perbesaran objek 2.5 x 103 (2500 kali).

BiomassaBiomassa Nannochloropsis sp.

Biomassa TerimmobilisasiBiomassa Terimmobilisasi

Gambar 2. Mikrograf SEM permukaan adsorben

       Dari Gambar 2, terlihat bahwa pada permukaan biomassa Nannochloropsis sp. ukuran pori lebih kecil dan lebih rapat. Sedangkan pada biomassa terimmobilisasi, ukuran porinya lebih besar dibandingkan dengan biomassa Nannochloropsis sp. Selain itu, pori-pori biomassa Nannochloropsis sp. terimmobilisasi lebih mengumpal yang mengindikasikan bahwa biomassa Nannochloropsis sp. telah terimmobilisasi dalam matriks polimer polietilamina-glutaraldehida.

3.3 Isoterm Adsorpsi

      Hasil pengukuran adsorpsi ion logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada biomassa Nannochloropsis sp. terimmobilisasi disajikan pada Gambar 3.

Pola Adsorpsi Gambar 3. Pola adsorpsi ion logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II)oleh biomassa     Nannochloropsis sp. terimmobilisasi

      Dari Gambar 3 dapat dinyatakan bahwa secara keseluruhan pola adsorpsi ion logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) oleh biomassa Nannochloropsis sp. terimmobilisasi memberikan bentuk isoterm Langmuir, yang menunjukkan kenaikan konsentrasi diikuti dengan meningkatnya jumlah zat yang teradsorpsi. Semakin tinggi konsentrasi ion logam, maka kemampuan adsorpsi biomassa akan semakin meningkat sampai pada konsentrasi maksimum, dimana telah terjadi kesetimbangan adsorpsi yang diikuti dengan jenuhnya permukaan adsorben.

       Nilai kapasitas adsorpsi (nm), konstanta kesetimbangan (K), dan energi adsorpsi dari biomassa sebelum dan setelah diimmobilisasi, disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1.   Parameter Langmuir untuk adsorpsi Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) oleh biomassa Nannochloropsis sp. dan biomassa Nannochloropsis sp. terimmobilisasi polietilamina-glutaraldehida.

Tabel 1.

      Dari data Tabel 1, kapasitas adsorpsi maksimum ion logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) oleh biomassa Nannochloropsis sp. relatif  lebih besar daripada kapasitas adsorpsi biomassa terimmobilisasi, tetapi kapasitas tersebut tidak jauh berbeda yaitu pada kisaran 5.13 – 9.62 mg/g adsorben. Hal ini disebabkan karena setelah terjadinya immobilisasi, ion logam yang berikatan dengan gugus fungsi yang terdapat pada permukaan biomassa lebih tertahan oleh matriks polimer, sehingga adsorbat lebih sukar untuk dilepaskan dari permukaan adsorben.

       Data dalam Tabel 1 juga menunjukkan bahwa kedua adsorben memiliki kisaran energi adsorpsi antara 25.74 – 33.76 kJ/mol. Apabila batasan energi adsorpsi yang digunakan mengacu pada pendapat Adamson (1990) yang mengemukakan bahwa batasan minimal energi adsorpsi kimia adalah 20,92 kJ/mol, maka interaksi yang terjadi pada proses adsorpsi oleh kedua adsorben terhadap ion logam Pb2+, Cd2+, dan Cu2+ adalah interaksi kimia yang melibatkan ikatan kovalen koordinasi.

       Secara umum data pada Tabel 1 menujukkan bahwa kapasitas adsorpsi maksimum dan energi adsorpsi ion logam Pb2+ ~ Cu2+ > Cd2+. Ditinjau dari konsep Hard Soft Acid Base (HSAB) yang dikemukakan oleh Pearson (Huheey et al., 1993). Secara teoritis asam keras akan berinteraksi relatif kuat dengan basa keras sedangkan asam lunak akan berinteraksi relatif kuat dengan basa lunak, dari urutan keasaman dan kebasaannya, kation Pb2+ dan Cu2+ bersifat asam madya (borderline) dan kation Cd2+ bersifat asam lunak (soft acid). Adanya gugus fungsi amina, amida, dan karboksilat pada permukaan biomassa yang bersifat sebagai basa keras, menyebabkan interaksi yang lebih kuat terhadap ion Pb2+ dan Cu2+ dibandingkan dengan ion Cd2+.

3.4 Interaksi Adsorpsi

      Dari spektrum inframerah pada Gambar 5, dapat diamati bahwa interaksi antara ion logam dengan biomassa Nannochloropsis sp. terjadi karena adanya gugus karbonil dari karboksilat sebagai penyusun utama polisakarida dan gugus amina dan amida sebagai penyusun pektin dan protein. Gugus fungsi ini bertindak sebagai ligan bermuatan negatif yang memungkinkan berinteraksi dengan ion logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II). Interaksi ini dibuktikan dengan adanya pergeseran pita serapan menuju frekuensi yang lebih rendah yaitu pada gugus karbonil yang terletak antara 1820-1640 cm-1 dan pada gugus amina yang terdapat pada daerah 3700-3000 cm-1.

Spetrum IR Gambar 5. Spektrum infra merah interaksi ion logam dengan adsorben

KESIMPULAN

Pola adsorpsi ion logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) oleh biomassa Nannochloropsis sp. memberikan bentuk isoterm adsorpsi Langmuir.

  1. Kapasitas adsorpsi maksimum ion logam Cu(II) ~ Pb(II) > Cd(II)dengan adsorpsi maksimum sebesar 5.670 mg/g adsorben untuk Cu(II), 5.630 mg/g untuk Pb(II) dan 5.132 mg/g Cd(II).
  2. Energi adsorpsi untuk ion logam adalah sebesar 28.428 kJ/mol untuk Pb(II), 25.745 kJ/mol Cd(II), dan 26.946 kJ/mol Cu(II). Interaksi yang terjadi merupakan interaksi kimia yang melibatkan ikatan kovalen koordinasi.
  3. Interaksi adsorpsi yang terjadi antara biomassa dengan ion logam terjadi antara gugus fungsi amina, amida, dan karboksilat dari biomassa dengan ion logam Pb2+, Cd2+ dan Cu2+.

DAFTAR PUSTAKA

  • Adamson, A. W. 1990. Physical Chemistry of Surface, 5th ed. John Wiley and Sons. New York.
  • Buhani. 2003. Laju Adsorpsi Ion Logam Cu(II), Cd(II) dan Pb(II) pada Biomassa
  • Alga yang Diimmobilisasi Silika Gel. Prosiding Seminar Ilmiah Hasil Penelitian di Universitas Lampung. Lampung.
  • Buhani dan Suharso. 2005. Isoterm Adsorpsi Ion Logam Pb(II) dan Cd(II) pada Biomassa Chlorella sp. dengan Matrik Pendukung Zeolit. Prosiding Seminar Nasional Kimia. Universitas Negeri Yogyakarta; 94-98.
  • Harris, P. O. and Ramelow, G. J. 1990. Binding of Metal Ions By Particulate Quadricauda. Environ. Sci.Technol. 24:220-228.
  • Huheey, E and E. A Poole. 1993. Inorganic Chemistry; Principle of Structure and Reactivity. Four Edition. Heper Collins College Publisher. California.
  • Lewis, R. 1994. Biological Sorption. In Internet. Biorecovery System. Inc.
  • Valdman, E dan S. G. F Leite. 2000. Biosorption of Cd, Zn, and Cu by
  • Sargasum Sp. Waste Biomass. Journal Bioprocess Engineering 22 (171-173). Spinger-Verlag. London.

kategori kimia airkembali ke menu daftar blog

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s