UJI KEMAMPUAN SERTA OPTIMASI ADSORPSI KADMIUM (II)

DALAM MEDIUM AIR MENGGUNAKAN NANOMATERIAL SERUPA

HIDROTALSIT

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Metodologi Penelitian

Proposal Skripsi

Oleh

Nina Mu’minah

3325101445

Program Studi Kimia

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2013

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, Tuhan semesta

alam, nikmatnya yang tak terkira yang telah memberikan cahaya dan

manfaat untuk masa depan yang lebih baik bagi umat manusia dan segala

kehidupan yang diciptakanNya. Shalawat serta salam semoga selalu

tercurahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga, sahabat, dan para

pengikutnya yang setia hingga akhir zaman. Dengan rasa syukur, penulis

telah menyelesaikan pembuatan makalah yang berjudul “ Uji Kemampuan

Serta Optimasi Adsorpsi Kadmium (II) dalam Medium Air Menggunakan

Nanomaterial Serupa Hidrotalsit”.

Dalam penyelesaian makalah ini, penulis banyak mendapatkan

banyak bantuan dan dorongan dari berbagai pihak, baik berupa moril

maupun materil yang sangat berarti bagi penyelesaian makalah ini. Untuk

itu ungkapan terima kasih penulis haturkan kepada kedua orang tua, Prof.

Dr. Rukaesih A., M.Si. selaku dosen pengampu mata kuliah Metodologi

Penelitian, dan juga kepada rekan-rekan mahasiswa kimia angkatan 2010.

Penulis berharap semoga proposal ini dapat dimanfaatkan

seoptimal mungkin dan dapat menjadi pembangkit motivasi bagi para

peneliti-peneliti yang lain untuk mencari dan mengembangkan adsorben

yang efektif. Penulis menyadari bahwa makalah ini jauh dari sempurna

dan tak luput dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf yang

sebesar-besarnya dan meminta saran dan kritik yang konstruktif untuk

memperkaya khasanah ilmu pengetahuan serta informasi.

Jakarta, Juni 2013

Nina Mu’minah

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR................................................................................... I

DAFTAR ISI................................................................................................II

DAFTAR TABEL.......................................................................................IV

DAFTAR GAMBAR....................................................................................V

BAB I..........................................................................................................1

PENDAHULUAN........................................................................................1

A. LATAR BELAKANG..............................................................................1B. IDENTIFIKASI MASALAH.......................................................................2C. PEMBATASAN MASALAH......................................................................3D. PERUMUSAN MASALAH.......................................................................3E. TUJUAN PENELITIAN...........................................................................3F. MANFAAT PENELITIAN.........................................................................3

BAB II.........................................................................................................4

A. KAJIAN TEORI....................................................................................41. Kadmium...............................................................................42. Nano-Hidrotalsit.....................................................................53. Adsorpsi..............................................................................13

B. KERANGKA BERPIKIR........................................................................16C. PENELITIAN SEBELUMNYA.................................................................16D. HIPOTESIS PENELITIAN.....................................................................16

BAB III......................................................................................................17

A. TUJUAN OPERASIONAL.....................................................................17B. WAKTU DAN TEMPAT........................................................................17C. METODE PENELITIAN........................................................................17D. DESAIN EKSPERIMEN........................................................................17E. SAMPEL PENELITIAN.........................................................................18F. VARIABEL.........................................................................................18G. ALAT DAN BAHAN.............................................................................18H. PROSEDUR KERJA............................................................................19

1. Sintesis Media Adsorpsi......................................................192. Karakterisasi nano-hidrotasit...............................................193. Adsorpsi Pb2+ dengan Hidrotalsit.........................................20

iii

I. BAGAN KERJA..................................................................................211. Sintesis Media Adsorpsi......................................................212. Uji Adsorpsi.........................................................................21

J. HIPOTESIS STATISTIK.......................................................................22Hipotesis statistik ini digunakan dalam pengujian kemampuan adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotasit...............................................22

K. TEKNIK ANALISIS DATA.....................................................................22

DAFTAR PUSTAKA.................................................................................23

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 1.Desain Eksperimen................................................................................20

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.Struktur kristal hidrotalsit (L van der Ven, dkk. 2000).....................3Gambar 2.Prinsip kerja XRD.................................................................................3Gambar 3.Skema alat FTIR...................................................................................3Gambar 4.Instrumen TEM.....................................................................................3Gambar 5.Proses adsorpsi....................................................................................3

vi

BAB IPENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pencemaran air telah lama menjadi masalah serius yang perlu

ditangani. World Health Organization (WHO) melaporkan kasus

pencemaran air mengakibatkan kematian lebih dari 3,5 juta jiwa per tahun

di seluruh dunia. Kasus ini semakin terpuruk dengan adanya pencemaran

air oleh logam berat, karena toksisitas yang cukup tinggi dan non-

biodegradabilitas.  

Kadmium digunakan untuk pelapisan logam dan pengerjaan

pelapisan termasuk peralatan transportasi, mesin, fotografi dan lain-lain.

Logam ini juga berpengaruh pada kesehatan dimana beberapa orang

yang minum air yang mengandung kadar kadmium berlebihan akan

beresiko tinggi terhadap pembuluh darah. Kadmium berpengaruh

terhadap manusia dalam jangka waktu panjang dan dapat terakumulasi

pada tubuh khususnya hati dan ginjal. 

Penelitian tentang penghilangan Cd (II) dari air limbah cukup

meningkat dalam dekade terakhir karena kesadaran akan dampak buruk

bagi kesehatan dan lingkungan. Beberapa metode kimia maupun biologis

telah banyak digunakan untuk menghilangkan Cd (II) dari air limbah, salah

satunya adalah metode adsorpsi. Berbagai adsorben telah digunakan

untuk menghilangkan Cd (II) dari air limbah, dengan beberapa faktor yang

mempengaruhi efektifitas adsorpsi adalah luas permukaan, distribusi

ukuran pori, polaritas, dan gugus fungsional adsorben.

Adsorben yang biasa digunakan berasal dari alam. Namun

adsorben jenis ini memiliki kekurangan, yaitu ukuran

permukaannya. Solusi untuk mengatasi kekurangan ini adalah

dengan merekayasa adsorben menjadi berskala nano

(nanomaterial). Nanomaterial dinilai cukup efektif karena luas

vii

permukaannya yang lebih besar, sehingga mampu memperbaiki diri

sendiri, potensi katalitik, dan tidak mempunyai hambatan difusi internal.

Penelitian tentang adsorpsi oleh nanopartikel ini menggunakan

bahan yang berasal dari Hidroksida biner berlapis (LDHs) atau hidrotalsit

(HT) sebagai adsorben logam pada air limbah. Rumus umum dari

hidrotalsit (HT) adalah [ M 1−x2+¿M x

3+¿¿ ¿(OH)2]x+ [Ax/nn−¿ ¿. mH2O ]x- dimana M2+ dan

M3+ adalah ion logam positif divalen dan trivalen. Strukturnya terdiri dari

lapisan menyerupai brucite dengan muatan positif untuk penggantian Mg2+

oleh Al3+, muatan ini menjadi seimbang oleh anion interlayer (An-). 

HT memiliki kapasitas pertukaran ion yang lebih besar

dibandingkan dengan kation lempung. Selain itu, HT mempunyai

kemampuan untuk memperbaiki strukturnya pada temperatur tinggi

sampai dengan kisaran 500-800°C, sebagai produk hasil kalsinasi, HT

memiliki efek memori dan karenanya memungkikan HT untuk

merekonstruksi struktur aslinya memberikan peluang untuk digunakan

kembali dan didaur ulang. 

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki karakter dan potensi nano

HT dalam menyerap ion Cd (II). Variabel kontrol yang digunakan antara

lain: temperatur, pH, dan waktu kontak. Diharapkan beberapa variabel

tersebut dapat menunjukkan situasi dan kondisi efektif untuk adsorpsi ion

Cd (II) oleh nano HT.

B. Identifikasi Masalah

Dari proses sintesis nano-hidrotasit masalah yang dapat

diidentifikasi adalah sebagai berikut:

1. Apakah nano-hidrotalsit yang disintesis dapat digunakan sebagai

adsorben Cd(II) dalam medium air?

2. Berapa waktu interaksi optimum adsorpsi Cd(II) oleh nano-

hidrotalsit?

viii

3. Berapa pH optimum adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotalsit?

4. Berapa temperatur optimum adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotalsit?

C. Pembatasan Masalah

Pada penelitian ini masalah yang dikaji dibatasi pada untuk

mengetahui apakah nano-hidrotalsit yang disintesis dapat digunakan

sebagai adsorben Cd(II) dalam medium air, waktu interaksi, pH optimum

dan temperatur optimum pada uji adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotalsit.

D. Perumusan Masalah

Berdasarkan pembatasan masalah di atas, perumusan masalah

pada penelitian ini adalah:

1. Apakah nano-hidrotalsit yang disintesis dapat digunakan sebagai

adsorben Cd(II) dalam medium air?

2. Berapa waktu interaksi optimum adsorpsi Cd(II) oleh nano-

hidrotalsit?

3. Berapa pH optimum adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotalsit?

4. Berapa temperatur optimum adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotalsit?

E. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis nano-hidrotalsit,

mengetahui karakteristik nano-hidrotalsit hasil sintesis, menguji

kemampuan nano-hidrotalsit pada proses adsorpsi Cd(II) dalam medium

air dan optimasi proses adsorpsinya.

F. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu memberi informasi mengenai

karakteristik nano-hidrotalsit hasil sintesis, kapasitas adsorpsi dan

optimasi proses adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotalsit dalam medium air.

ix

BAB II

Landasan Teori

A. Kajian Teori

1. Kadmium

Kadmium adalah logam berat berwarna kebiruan yang lunak,

termasuk ke dalam golongan II B. Unsur ini mempunyai berat atom 48,

mempunyai bobot atom 112,41 g/mol dan memilikidensitas 8,65 g/cm3.

Titik didih dan titik lelehnya berturut-turut 765°C dan320,9°C. Sifat kimia

Cd antara lain: Logam yang cukup aktif, bereaksi dengan halogen dan

non-logam, tidak larut dalam basa, larut dalam H2SO4 encer dan HCl

encer (Arifin, 2008).

Kadmium digunakan pula dalam pembuatan solder dan digunakan

sebagai pembuat baterai Ni-Cd (Yulianto, 2006).Logam Cadmium sangat

banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari manusia. Logam ini telah

digunakan sejak tahun 1950 dan total prosduksi Dunia sekitar 15000-

18000 pertahun.

Kadmium adalah logam yang ditemukan dalam endapan alam

seperti bijih dan berikatan dengan unsur-unsur lainnya. Logam ini

digunakan untuk pelapisan logam dan pengerjaan pelapisan termasuk

peralatan transportasi, mesin, fotografi dan lain-lain. Logam ini juga

berpengaruh pada kesehatan dimana beberapa orang yang minum air

yang mengandung kadar kadmium berlebihan dari maximum contaminant

level (MCL) dapat menyebabkan kerusakan ginjal. Sumber utama

kadmium dalam air minum adalah korosi pada pipa galvanis, erosi

endapan alam, debit dari kilang logam, limpasan dari sampah baterai dan

cat. Metode perlakuan berikut telah terbukti efektif untuk menghilangkan

kadmium hingga di bawah 0,005 mg/L atau 5 ppb yaitu dengan koagulasi /

filtrasi, pertukaran ion, lime softening dan reverse osmosis.

x

Berdasarkan peraturan menteri kesehatan nomor

492/Menkes/Per/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum,

kadmium termasuk parameter yang berhubungan langsung dengan

kesehatan. Kadar maksimun kadmium yang diperbolehkan adalah 0,003

mg/l.

2. Nano-Hidrotalsit

Senyawa hidrotalsit merupakan hidroksida ganda berlapis, yang di

dalam strukturnya terjadi substitusi parsial logam trivalen untuk logam

divalen. Substitusi ini menciptakan muatan positif di dalam lapisan-lapisan

hidroksidanya, yang kemudian muatan positif ini akan dinetralkan oleh

anion dan molekul air yang berada di dalam interlayer struktur senyawa

hidrotalsit tersebut. Salah satu aplikasi dari senyawa hidrotalsit adalah

sebagai adsorben (Gunawan, 2005, 4).

Gambar 1.Struktur kristal hidrotalsit (L van der Ven, dkk. 2000)

Rumus umum dari hidrotalsit adalah [ M 1−x2+¿M x

3+¿¿ ¿ (OH)2]x+ [Ax/nn−¿ ¿

.mH2O]x- dimana M2+ dan M3+ adalah ion logam positif divalen dan trivalen.

Salah satu aturan dari sintesis hidrotalsit adalah jari-jari kation logam yang

digunakan tidak jauh berbeda dari kation logam Mg2+ (Cavani, 2010, 173-

301).

xi

Senyawa hidrotalsit yang ditemukan dialam masih dalam ukuran

yang cukup besar. Hidrotalsit tersebut kurang efektif untuk dijadikan

adsorben karena kurang luasnya permukaan adsorben. Maka perlu

disintesis adsorben yang memiliki luas permukaan yang besar sehingga

memiliki situs aktif yang lebih banyak pula. Hal ini dapat diatasi dengan

merekayasa hidrotalsit menjadi berukuran nano yaitu antar 1-100nm.

a) Aplikasi Nano-hidrotasit

Hidrotalsit memiliki banyak aplikasi, di antaranya adalah sebagai

katalis, padatan pendukung katalis, penukar anion, adsorben, stabilizer,

dan penangkap. Mengingat kemampuan hidrotalsit yang dapat menukar

anion-anion negatif yang dimilikinya, maka hidrotalsit dapat diaplikasikan

sebagai agen penukar anion.

HT akan menyerap anion tersebut dan akan menggantikan posisi –

OH pada lembar bidang lapisnya ataupun anion pada bidang antar

lapisnya. Hal ini, akan bermanfaat untuk pengolahan limbah cair yang

mengandung banyak kontaminan yang berbentuk anion. Setiap anion

mempunyai kapasitas pertukaran yang berbeda-beda. Kapasitas

pertukaran anion dalam hidrotalsit bergantung pada perbandingan mol

M3+/(M2+/M3+) (Ookubo, 1994).

b) Sintesis Nano-Hidrotasit

Keberadaan hidrotalsit di alam cukup sulit untuk ditemukan.

Namun, hidrotalsit dapat disintesis dalam skala laboratorium. Terdapat

beberapa metode untuk sintesis hidrotalsit antara lain adalah metode

penukaran ion, metode kopresipitasi, metode rekonstruksi yang

didasarkan pada sifat khas memory effect dari HT dan metode sintesis

sol-gel menggunakan larutan etanol dan aseton. Setiap metode

dikembangkan sesuai dengan aplikasinya kemudian.

xii

Metode yang paling umum digunakan adalah metode kopresipitasi

yaitu dengan mencampurkan larutan mengandung kation divalen dan

trivalen kation. Kemudian anion dapat ditambahkan secara langsung ke

dalam campuran tersebut, yang digunakan sebagai prekursor. Metode

kopresipitasi dilakukan dengan mengendapkan dua logam atau lebih dan

proses pemisahan endapan dalam kondisi jenuh (Trifiro dan Vaccari,

1996). Kondisi jenuh dapat dicapai dengan mengendalikan pH larutan

Kopresipitasi pada kondisi jenuh dengan konsentrasi rendah yang

dibuat dengan mencampurkan logam divalen dan trivalen perlahan ke

dalam larutan basa yang mengandung anion. Dalam metode ini garam

logam dan larutan basa yang digunakan memiliki konsentrasi rendah dan

pada pH konstan dengan temperatur antara 60 - 80oC. Pada pH konstan,

hal ini karena laju pertumbuhan kristal lebih tinggi (Trifiro dan Vaccari,

1996).

c) Karakterisasi nano-hidrotasit

Untuk mengetahui sifat-sifat nano-hidrotasit hasil sintesis perlu

dilakukan karakterisasi. Pada penelitian ini karakterisasi dilakukan dengan

menggunakan XRD, TEM, FTIR, dan TGA. XRD digunakan untuk

komposisi dari nanopartikel. TEM digunakan untuk mengetahui morfologi

dari nano-hidrotasit. FTIR digunakan untuk mengetahui gugus fungsi yang

terdapat pada polifenol. Untuk mengetahui stabilitas termal dari

nanopartikel digunakan TGA.

1) Penentuan Komposisi Kristal dengan X-Ray Diffractometer

(XRD)

XRD (X-Ray Diffractometer) merupakan instrumen yang digunakan

untuk mengkarakterisasi struktur kristal. Semua bahan yang mengandung

kristal tertentu ketika dianalisa menggunakan XRD akan memunculkan

puncak-puncak yang spesifik. Sehingga kelemahan alat ini tidak dapat

xiii

untuk mengkarakterisasi bahan yang bersifat amorf. Prinsip dasar dari

difraksi adalah hasil dari hamburan monokromatis sinar-X memberikan

interferensi yang konstruktif.

Gambar 2.Prinsip kerja XRD

Prinsip kerja XRD secara umum adalah sebagai berikut : XRD

terdiri dari tiga bagian utama, yaitu tabung sinar-X, tempat objek yang

diteliti, dan detektor sinar-X. Berkas sinar-X dijatuhkan pada sampel

kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki

panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut.

Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian

diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang

kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang

dihasilkannya. Objek dan detektor berputar untuk menangkap dan

merekam intensitas refleksi sinar X. Detektor merekam dan memproses

sinyal sinar X dan mengolahnya dalam bentuk grafik.

xiv

Grafik pola XRD mempunyai puncak-puncak yang akan dianalisis.

Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal

yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu tiga dimensi. Puncak-

puncak yang didapatkan dari data pengukuran ini kemudian dicocokkan

dengan standar JCPDS difraksi sinar-X untuk hampir semua jenis

material.

2) Penentuan Komposisi Organik dengan FTIR

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) adalah sebuah

teknik analisis yang digunakan untuk mengidentifikasi material organik

dan beberapa material anorganik. Teknik pengukuran FTIR adalah

berdasarkan penyerapan pada panjang gelombang pada daerah infra

merah (IR) tertentu oleh suatu material. Pita serapan IR pada FTIR

secara khusus mengidentifikasi komponen molekul dan struktur.

Sistem optik FTIR menggunakan radiasi LASER yang berfungsi

sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar

sinyal radiasi IR diterima utuh dan lebih baik oleh detektor. Detektor yang

digunakan dalam FTIR adalah Tetra Glycerine Sulphate (disingkat TGS)

atau Mercury Cadmium Telluride (disingkat MCT). Detektor MCT lebih

banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan

detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi

modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh

temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari

radiasi IR.

xv

Gambar 3.Skema alat FTIR

Bagian dalam FTIR adalah cermin yang bergerak tegak lurus dan

cermin yang diam. Radiasi IR akan menimbulkan perbedaan jarak yang

ditempuh menuju cermin yang bergerak (M) dan jarak cermin yang diam

(F). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya

disebut sebagai retardasi (δ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang

diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram.

Cara kerja spektrometer IR adalah sebagai berikut: Mula mula

sampel yang diidentifikasi berupa atom atau molekul. Sinar IR berperan

sebagai sumber sinar dibagi menjadi dua berkas, satu dilewatkan melalui

sampel dan yang lain melalui pembanding. Kemudian secara berturut-

turut melewati chopper. Setelah melalui prisma atau grating, berkas akan

jatuh pada detektor dan diubah menjadi sinyal listrik yang kemudian

direkam oleh rekorder dan memberikan gambaran spektrum. Struktur

kimia dan bentuk ikatan molekul serta gugus fungsional tertentu sampel

yang diuji menjadi dasar bentuk spektrum yang akan diperoleh dari hasil

analisa.

xvi

3) Penentuan Morfologi dan Ukuran dengan TEM

TEM bekerja pada prinsip-prinsip dasar yang sama dengan

mikroskop cahaya. Perbedaanya adalah pada sumber cahayanya, TEM

menggunakan elektron. Pada mikroskop cahaya, objek penglihatan

dibatasi oleh panjang gelombang cahaya, dengan menggunakan TEM,

terdapat panjang gelombang yang lebih rendah memungkinkan untuk

mendapatkan resolusi seribu kali lebih baik dibandingkan dengan

mikroskop cahaya. Objek yang teramati dalam rentang dari beberapa

angstrom (10-10 m).

Gambar 4.Instrumen TEM

Prinsip kerja dari TEM secara singkat adalah sinar elektron

mengiluminasi spesimen dan menghasilkan sebuah gambar diatas layar

pospor. Aplikasi utama TEM adalah sebagai berikut: analisis

mikrostruktur, identifikasi defek, analisis interfasa, struktur kristal, tatanan

atom pada kristal, serta analisa elemental skala nanometer.

xvii

4) Penentuan Stabilitas Termal Menggunakan TGA

Analisis Termogravimetri (TGA) adalah salah satu teknik analisis

termal yang digunakan untuk menggambarkan berbagai bahan. TGA

menyediakan informasi karakterisasi bebas dan tambahan untuk teknik

termal. TGA mengukur jumlah dan laju (kecepatan) perubahan massa

sebuah sampel sebagai fungsi temperatur atau waktu dalam suasana

yang dikendalikan. Teknik ini dapat menganalisis bahan yang

menunjukkan massa baik kekurangan atau kelebihan karena

dekompositus, oksidasi atau hilangnya bahan mudah menguap (seperti

kelembaban).

Prinsip penggunaan TGA ialah mengukur kecepatan rata-rata

perubahan massa suatu bahan/cuplikan sebagai fungsi dari temperatur

atau waktu pada tekanan terkontrol. Pengukuran digunakan khususnya

untuk menentukan kompositus dari suatu bahan atau cuplikan dan untuk

memperkirakan stabilitas termal pada temperatur diatas 1000oC.

Perubahan massa sampel pada TGA, bahan akan mengalami

kehilangan maupun kenaikan massa. Proses kehilangan massa terjadi

karena adanya proses dekomposi yaitu pemutusan ikatan kimia,

evaporasi yaitu kehilangan atsiri pada peningkatan temperatur, reduksi

yaitu interaksi bahan dengan pereduksi, dan adsorpsi. Sedangkan

kenaikan massa disebabkan oleh proses oksidasi yaitu interaksi bahan

dengan suasana pengoksidasi, dan absorpsi.

5) Penentuan kadar Cd (II) Menggunakan AAS

Spektrometri Serapan Atom (SSA) adalah suatu alat yang

digunakan pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsur logam

berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu

oleh atom logam dalam keadaan bebas (Skoog et al., 2000). AAS

berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya

xviii

tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat

unsurnya Spektrometri Serapan Atom (SSA) meliputi absorpsi sinar oleh

atom-atom netral unsur logam yang masih berada dalam keadaan

dasarnya (Ground state). Sinar yang diserap biasanya ialah sinar ultra

violet dan sinar tampak. Prinsip Spektrometri Serapan Atom (SSA) pada

dasarnya sama seperti absorpsi sinar oleh molekul atau ion senyawa

dalam larutan.

Apabila cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan

pada suatu sel yang mengandung atom-atom bebas yang bersangkutan

maka sebagian cahaya tersebut akan diserap dan intensitas penyerapan

akan berbanding lurus dengan banyaknya atom bebas logam yang berada

pada sel.

3. Adsorpsi

Adsorpsi merupakan suatu proses yang pengikatan fluida (cairan

atau gas) pada duatu permukaan padatan da akhirnya membentuk suatu

lapisan tipis (Saputra, 2008). Dapat pula didefinisikan dengan pengikatan

ion-ion bebas dalam medium air oleh adsorben.

Gambar 5.Proses adsorpsi

Terdapat istilah adsorbat dan adsorben pada proses adsorpsi,

dimana adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan

dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorben adalah merupakan suatu

media penyerap yang dalam hal ini berupa senyawa karbon. Adsorben

xix

yang biasa digunakan adalah zeolit dan resin hasil polimerisasi dari

polihidrik fenol dan formaldeid.

Proses adsorpsi terjadi karena adanya gaya tarik-menarik antara

permukaan adsorben dan energi kinetik molekul adsorbat, dapat berupa

adsorpsi fisika, adsorpsi kimia dan adsorpsi isoterm. Pada adsorpsi fisika

terjadi gaya van der waals antara molekul adsorbat dan adsorben. Hal ini

terjadi terjadi akibat perbedaan energi gaya tarik elektrostatik, sehingga

adsorpsi fisika merupakan reversibel. Berbeda dengan adsorpsi kimia

yang terjadi akibat interaksi antara elektron-elektron pada permukaan

adsorben dengan molekul-molekul adsorbat membentuk ikatan yang lebih

kuat dibandingkan dengan adsorpsi fisika dimana prosesnya berlangsung

secara irreversibel (Saputra, 2008).

a) Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi digunakan untuk karakterisasi dari persamaan

antara jumlah adsorbat yang terakumulasi dalam adsorben dan

konsentrasi larutan adsorbat. Isotermis adsorpsi Langmuir dan Isotermis

adsorpsi Freundlich adalah dua persamaan isotermis yang sering

digunakan.

1) Isoterm Langmuir

Isotermis Langmuir diasumsikan sebagai proses adsorpsi yang

terjadi dengan permukaan dan energi yang sama. Persamaan isoterm

Langmuir dapat menentukan kapasitas adsorpsi maksimum pada seluruh

permukaan satu lapis permukaan adsorben, berikut persamaan isoterm

adsorpsi Langmuir (Adamson, 1990, 421-426):

qe = q0bC e1+bCe

xx

dimana,

qe = Banyaknya zat yang terserap per satuan berat adsorben

(mol/g)

Ce = Konsentrasi adsorbat pada saat kesetimbangan (mol/L)

qo = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g)

b = Konstanta Langmuir (L/mol)

Persamaan di atas dapat disusun secara linear menjadi:

Ceqe

= 1qob

+Ceq0

2) Isoterm Freundlich

Isotermis Freundlich dapat digunakan untuk menghitung adsorpsi

permukaan yang beragam (adsorpsi multilayer). Persamaan ini

merupakan perbandingan zat yang teradsorpsi per berat adsorben dalam

konsentrasi larutan. Persamaan isotermis Freundlich memperkirakan

intensitas adsorbsi yang terserap dalam biomassa (Adamson, 1990, 421-

426). Persamaan Freundlich adalah:

qe=K f C e1 /n

dimana:

qe = Banyaknya zat yang terserap (mol/g)

Ce = Konsentrasi adsorbat pada saat kesetimbangan (mol/L)

n = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g)

Kf = Konstanta freundlich (L/mol)

Persamaan di atas dapat diubah kedalam bentuk linier dengan

mengambil bentuk logaritmanya:

ln ¿¿¿) = ln K f + 1n

lnC e

Bentuk linear dapat digunakan untuk menentukan kelinearan data

percobaan dengan cara mengeplotkan Ce /qe vs Ce. Konstanta Langmuir K

xxi

dan konstanta Freundlich Kf dapat diperoleh dari kemiringan garis

lurusnya, sedangkan harga 1/qo dan 1/n merupakan harga slop. Bila qo

dan n diketahui maka K dan Kf dapat dicari, semakin besar harga K dank

Kf maka daya adsorpsi akan semakin baik dan dari harga K dan Kf.

B. Kerangka Berpikir

Hidrotalsit yang akan disintesis menggunakan campuran dari logam

Cr dan Mn. Penggunaan campuran dari dua ogam tersebut karena

divalent dan trivalent. Sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa

hidrotalsit adalah hidroksida lapis ganda, yang di dalam strukturnya

terdapat logam trivalen untuk logam divalen. Kedua muatan positif ini akan

dinetralkan oleh anion dan molekul air yang berada di dalam interlayer

struktur senyawa hidrotalsit tersebut.

Nano-hidrotasit mempunyai muatan negatif pada daerah interlayer

yang berisi anion, sehingga diperkirakan bahwa anion-anion tersebut

mampu mengadsorpsi Cd(II) pada medium air.

C. Penelitian Sebelumnya

Penelitian sebelumnya yang relevan dengan penelitian ini adalah

penelitian yang dilakukan oleh Katlego (2011). Penelitian yang dilakukan

oleh Katlego adalah sintesis nano-hidrotalsit menggunakan campuran

logam Cr dan Mg untuk mengadsorpsi logam Pb (II) dari medium air.

Kelebihan dari metode sintesis yang dlakukan oleh Katlego adalah luas

permukaan nano-hidrotalsit yang besar, sehingga kapasitas adsorpsi HT

terhadap Pb (II) juga semakin besar. Pada penelitian ini, nano-

hidrotalsithasil sintesis memiliki kapasitas adsorpsi sebesar

D. Hipotesis Penelitian

Hipotesis penelitian ini adalah nano-hidrotalsit hasil sintesis

berpotensi untuk mengurangi kadar Cd(II) dari medium air.

xxii

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Tujuan Operasional

Tujuan operasional dari penelitian ini adalah untuk menyintesis

nano-hidrotalsit dan menguji kemampuan adsorpsinya terhadap Cd(II)

dalam medium air.

B. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilakukan pada bulan Juni 2013 hingga November 2013

di Laboratorium Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Negeri Jakarta.

C. Metode Penelitian

Metode yang digunakan adalah metode eksperimen dengan

tahapan:

1. Sistesis nano-hidrotalsit dari campuran logam polivalen.

2. Karakterisasi nano-hidrotalsit hasil sintesis menggunakan TGA,

XRD, FTIR, TEM

3. Pengujian kemampuan adsorpsi nano-hidrotalsit terhadap Cd2+

dalam medium air.

D. Desain Eksperimen

Desain eksperimen yang digunakan adalah Posttest Only Control

Design yaitu terdapat dua kelompok yang dipilih secara random (R),

kelompok pertama diberi perlakuan (X) dan kelompok yang lain tidak.

xxiii

Kelompok yang diberi perlakuan disebut kelompok eksperimen dan

kelompok yang tidak diberi perlakuan disebut kelompok kontrol. Pengaruh

adanya perlakuan (treatment) adalah (O1:O2).

Tabel 1.Desain Eksperimen

R X O1

R O2

Keterangan :

- O1 : Hasil pengukuran setengah kelompok yang diberi perlakuan

- O2 : Hasil pengukuran setengah kelompok yang tidak diberi perlakuan

- X : Treatment yang diberikan (Variabel independent)

E. Sampel Penelitian

Sampel larutan yang diadsorpsi adalah larutan Cd(CH3COO)2.

F. Variabel

Variabel bebas : waktu interaksi, pH, dan temperatur

Variabel terikat : konsentrasi Cd(II) yang teradsorpsi

G. Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah alat-alat analisis

instrumen seperti: fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray

diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM)

dan themogravimetric

Bahan-bahan yang digunakan antara lain: Reagen kimia seperti

NaOH, HNO3 (Sigma Aldrich) dan beberapa garam logam

polivalen. Sampel air limbah yang terkontaminan logam berat dengan

menggunakan garam ion logam.

xxiv

H. Prosedur Kerja

Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap. Tahapan dalam

penelitian ini adalah sintesis media adsorpsi, karakterisasi media adsorpsi,

dan adsorpsi dengan nano-hidrotalsit.

1. Sintesis Media Adsorpsi

Langkah pertama adalah sintesis nanopartikel serupa-hidrotalsit.

Sintesis ini menggunakan metode presipitasi standar Reichle dkk. (1986)

dengan mengalirkan gas nitrogen secara konstan lalu diaduk. Campuran

antara 100 ml larutan Mg(NO3)2.6H2O (0,75 mol) / Cr(NO3)3.9H2O (0,25

mol) ditambahkan tetes demi tetes larutan NaOH 0,5 M dan Na2CO3

hingga pH-nya konstan yaitu pada pH 10,5. Campuran ini kemudian

didiamkan selama 14 jam dalam temperatur 65oC. Padatan yang

dihasilkan dicuci dengan air deionisasi sebanyak tiga kali lalu dikeringkan

pada temperatur 110°C selama satu malam.

2. Karakterisasi nano-hidrotasit

Struktur dari nano-hidrotasit menggunakan mikroskop elektron

(JEOL JEM-100S). Pertama, suspensi nano-hidrotasit diteteskan dalam 2-

propanol di atas grid tembaga. Dilakukan pula karakterisasi terhadap

gugus fungsi menggunakan FTIR dengan pelet KBr. Karakterisasi FTIR

dapat digunakan untuk mengidentifikasi kesetimbangan muatan anion

pada interlayer, jenis ikatan yang terbentuk anion dan

kecenderungannya. 

Karakterisasi struktur kristal dan ukuran kristal sebelum dan setelah

adsorpsi menggunakan XRD Panalytical X'Pert PRO PW 3040/60 dengan

Cu Kα (λ=0,154 nm), sumber radiasi monokromatik dioperasikan

pada 45,0 kV dan 40,0 mA. Data XRD diperoleh pada 2θ mulai 5-160°

dengan rentang tiap 0,02°. Stabilitas termal dari Nanopartikel HT dicapai

xxv

melalui analisis oleh themogravimetric analysis (TGA) pada temperatur

berkisar dari 0-900°C.

3. Adsorpsi Pb2+ dengan Hidrotalsit

a) Kinetika Adsorpsi

Percobaan dilakukan dalam reaktor batch 1 L dengan konsentrasi

awal Pb (II) sebesar 90,75 mg/L dan massa adsorben sebanyak 0,1

g. Reaktor diaduk dengan perputaran 200 rpm. Pada interval waktu yang

telah ditentukan, 10 ml sampel diambil dari reaktor, kemudian disaring

melalui jarum suntik filter dan konsentrasi residu Pb (II) diukur oleh

AAS. Setelah diketahui konsentrasi bahan ketika mencapai

kesetimbangan, maka dapat dilakukan analisis kinetik untuk mengetahui

jumlah Ion Pb (II) yang teradsorpsi

b) Pengaruh Temperatur

Data isoterm adsorpsi diteliti dengan mereaksi antara 0,05

g adsorben dan larutan yang Pb (II). Sebanyak 50 ml sampel Pb (II)

dengan variasi konsentrasi antara 100 - 400 mg/L dimasukkan ke dalam

100 ml botol plastik. Botol-botol itu kemudian ditempatkan dalam

pengaduk termostatik dan diaduk selama 24 jam pada temperatur 298,

308 dan 318K dengan laju putaran 200 rpm. Selanjutnya sampel

diambil dari botol uji kemudian disaring menggunakan jarum suntik filter

dan konsentrasi residu Pb (II) diukur oleh AAS.

c) Pengaruh pH

Pengaruh pH dilakukan dengan memvariasikan pH awal larutan Pb

(II) dengan rentang 1 sampai 8, baik menggunakan NaOH atau HCl. Oleh

karena itu, adsorpsi dilakukan dalam botol plastik dengan menambahkan

0,05 g nanoHT ke dalam 50 ml sampel yang mengandung Pb (II) 400

mg/L. Botol tersebut diletakkan dalam pengaduk termostatik dan diaduk

xxvi

selama 24 jam. Kemudian sampel disaring dan residu Pb (II) diukur

konsentrasinya menggunakan AAS.

I. Bagan Kerja

1. Sintesis Media Adsorpsi

2. Uji Adsorpsi

100 mL campuran Mg(NO3)2.6H2O (0,75 mol) dan Cr(NO3)3.9H2O (0,25 mol)

+ NaOH 0,5 M dan Na2CCO3

pH konstan 10,5

Didiamkan selama 14 jam pada 65C

Padatan

Adsorben

Dicuci dengan air deionisasi

Dikeringkan selama satu malam pada 110C

Larutan Pb 90,75 mg/L

+ 0,1 g adsorben

Residu Cd dalam filtrat

Diukur dengan AAS

Diputar 200 rpm

Disaring

xxvii

J. Hipotesis Statistik

Hipotesis statistik ini digunakan dalam pengujian kemampuan

adsorpsi Cd(II) oleh nano-hidrotasit

H0 : µ1 = µ2

H1 : µ1 ≠ µ2

Keterangan :

µ1 : rerata kadar Cd tanpa perlakuan

µ2 : rerata kadar Cd dengan penambahan adsorben

K. Teknik Analisis Data

Data yang diperoleh dianalisis dengan Analisis variansi (ANAVA),

kemudian dilakukan uji T untuk mengetahui adanya perbedaan nyata

pada tiap perlakuan dengan taraf signifikansi (α) sebesar 1%.Hipotesis nol

(H0) ditolak jika nilai t hitung dari analisis data lebih besar disbanding nilai t

tabel, dengan kata lain hipotesis penelitian (H1) diterima. Sebaliknya

hipotesisnol (H0) diterima jika nilai t hitung dari analisis data lebih kecil

dibanding nilai t tabel, dengan kata lain hipotesis penelitian (H1) ditolak.

xxviii

DAFTAR PUSTAKA

Adamson. W. A., 1990, Physical Chemistry of Surfaces, fifth edition. John

Wiley and Sons. Inc, America, pp 421-426

Cavani, F., Trifiro, F., and Vaccari, A. 1991. “Hydrotalcite-Type Anlonlc

Clays:Preparation, Properties And Applications.” Catal. Today,

Vol.11, p.173-301.

Chalid Al Ayubi, Mochamad. 2007. Studi Keseimbangan Adsorpsi

Merkuri(Ii) Pada Biomassa Daun Enceng Gondok (Eichhornia

Crassipes). Skripsi. Malang: Universitas Islam Negeri Malang

Fan T, Liu Y, Feng B, Zeng G, Yang C, Zhou M, Zhou H, Tan Z, Wang X.

2008. “Biosorption of cadmium (II), zinc(II), and lead(II) by

Penicillium simplicissimum: Isotherm, kinetics and

thermodynamics.” Journal of Hazardous Materials 160: 655-661.

Ghassabzadeh H, Torab-Mostaedi M, Mohaddespour A, Maragheh MG,

Ahmadi SJ, Zaheri P. 2010. “Characterizations Of Co (II) And Pb (II)

Removal From Aqueous Solution Using Expanded Perlite.”

Desalination, 262: 73-79.

Gunawan, Anita. 2005. Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pada

Pembuatan Hidrotalsit Cu/Al Dan Aplikasinya Sebagai Adsorben

Asam Oksalat. In: Seminar Tugas Akhir S1 Jurusan Kimia FMIPA

UNDIP

Gupta SS, Bhattacharyya KG. 2008. “Immobilization of Pb (II), Cd(II) and

Ni(II) ion on kaolinite and montmorillonite surface from aqueous

medium.” Journal of Environmental Management, 87: 46-58.

Hickey, L., Kloprogge, J.T. and Frost, R.L. 2000. “The Effects Of Various

Hydrothermal Treatments On Magnesium-Aluminium Hydrotalcites.”

Journal of Materials Science, 35, 4347-4355

xxix

L van der Ven, M.L.M van Gemert, L.F Batenburg, J.J Keern, L.H

Gielgens, T.P.M Koster, H.R Fischer. 2000. “On The Action Of

Hydrotalcite-Like Clay Materials As Stabilizers In Polyvinylchloride.”

Applied Clay Science, Volume 17, Issues 1–2, Pages 25–34

Mohan D, Pittman Jr CU, Steele PH. 2006. “Single, binary and multi-

component adsorption of copper and cadmium from aqueous

solutions on Kraft ligninabiosorbent”. Journal of Colloid and

Interface Science, 297: 489-504.

Ookubo, A. Ooi, K. Tani, F. Hayashi, H. 1994. “Phase Transition of Cl--

Intercalated Hydrotalcite-like Compound during Ion Exchange with

Phosphates.” Langmuir, 10 (2), pp 407–411.

Rahman, R., (2008), “Pengaruh Proses Pengeringan, Anil, Dan

Hidrotermal Terhadap Kristalinitas Nanopartikel TiO2 Hasil Proses

Solgel.” Skripsi. Fakultas Teknik Universitas Indonesia Depok

Saputra, Bobi Wahyu. 2008. “Desain Sistem Adsorpsi dengan Dua

Adsorber. Skripsi”. Fakultas Teknik Universitas Indonesia Depok

Setshedi, Katlego. dkk.. 2012. “Removal Of Pb(II) From Aqueous Solution

Using Hydrotalcite-Like Nanostructured Material”. International

Journal of the Physical Sciences Vol. 7(1), pp. 63 - 72

Trifiro, Vaccari. 1996. :Comprehensive Supramolecular Chemistry.”

Pergamon Press, Vol. 7, Ch. 10 pp. 97-152

Zhang, S., dkk. 2006. “Removal Of Nickel Ions From Wastewater By

Mg(OH)2/MgO Nanostructures Embedded in Al2O3 Membranes.”

Journal of Alloys and Compounds, 426: p. 281-285.