JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 1

PEMISAHAN LOGAM BERAT Cu DAN Cd DARI LARUTAN LOGAM SINTETIS

DAN AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN MENGGUNAKAN BIOMASSA

CHLORELLA VULGARIS DAN BIOMASSA CHLORELLA VULGARIS YANG

TERIMMOBILISASI SEBAGAI ADSORBEN

Otta Richard Bena Pinem, Taufiq Fajar Sani, Sri Rachmania Juliastuti

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia

*email : juliaz30@chem-eng.its.ac.id

Seiring meningkatnya aktivitas manusia di

segala bidang, khususnya bidang industri, maka

meningkat pula jenis polutan (pencemar) yang

masuk ke lingkungan air, udara dan tanah.

Salah satu buangan yang dapat menyebabkan

pencemaran dan adalah logam berat yang

dihasilkan oleh suatu industri. Pada dasarnya

logam berat dalam air limbah dapat dipisahkan

dengan cara fisika, kimia dan biologi. Namun

dari pengolahan secara kimia dan fisika

membutuhkan biaya yang cukup besar dan

mempunyai dampak negatif pada lingkungan,

oleh karena itu di pilih pengolahan alternatif

dengan menggunakan mikroorganisme, yaitu

alga chlorella vulgaris. Tujuan dari penelitian

ini adalah untuk mengetahui efektifitas adsorpsi

logam oleh biomassa alga dan biomassa alga

yang terimmobilisasi silica gel dengan

mempertimbangkan pengaruh pH, konsentrasi

logam, dan massa biomassa. Penelitian

dilakukakan dengan menggunakan logam

tembaga dan cadmium sintetis dan air limbah

PT.SIER Surabaya. Dari hasil penelitian

didapatkan kondisi terbaik pada pH 6,

konsentrasi logam 25 mg/l, dan massa biomassa

200 mg.

Kata Kunci: Biomassa, chlorella vulgaris,

imobilisasi, adsorpsi

I. PENDAHULUAN

eiring meningkatnya aktivitas manusia di

segala bidang, khususnya bidang industri,maka

meningkat pula jenis polutan (pencemar) yang

masuk ke lingkungan air, udara dan tanah. Salah

satu buangan yang dapat menyebabkan

pencemaran dan adalah logam berat yang

dihasilkan oleh suatu industri. Pada dasarnya

logam berat dalam air limbah dapat dipisahkan

dengan cara fisika, kimia dan biologi. Namun dari

pengolahan secara kimia dan fisika membutuhkan

biaya yang cukup besar dan mempunyai dampak

negatif pada lingkungan. Seperti telah diketahui

bahwa biosorben merupakan materi biologis yang

digunakan dalam proses penyerapan logam dari

suatu larutan. Biosorben yang digunakan dalam

proses biosorpsi dapat berasal dari bakteri, alga,

jamur, ragi dan tanaman. Oleh karena itu di pilih

pengolahan alternatif dengan menggunakan

mikroorganisme, yaitu alga chlorella vulgaris.

Dinding sel dari alga sebagian besar terdiri dari

lipid, polisakarida dan protein. Pada dinding

tersebut terdapat gugus fungsional yang berbeda

seperti imidazol, tioeter, karboksil, hidroksil,

karbonil, fosfat, fenolik dan lain-lain yang dapat

membentuk koordinasi komplek dengan ion logam

sehingga mampu mengikat ion logam.

II. URAIAN PENELITIAN

A. Variabel Penelitian

pH yang digunakan 4, 5, dan 6

Konsentrasi logam 25, 50, dan 100 mg/l

Massa biomassa 100, 150, dan 200 mg

B. Kondisi Operasi

Penelitian dilakukan pada suhu 25-30ºC selama

60 menit dengan pengambilan sampel pada menit

ke 15, 45, dan 60.

C. Bahan yang Digunakan

CdSO4, CuSO4, Air limbah PT.SIER surabaya,

Natrium silikat, resin kation, HNO3, HCl dan

NaOH.

D. Prosedur Penelitian

Proses budidaya alga

Pertama-tama membudidayakan alga chlorella

vulgaris yang bertujuan untuk kebutuhan bahan

baku proses pembuatan biomassa alga dan

S

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 2

biomassa terimmobilisasi sebagai adsorben.

Pembudidayaan alga dilakukan dalam suatu reactor

dengan bantuan aerasi (DO ≥ 2mg/L) dan lampu

penerangan dengan intensitas cahaya 10.000 lux

serta penambahan CO2 sebagai pendukung proses

fotosintesis.

Pembuatan biomassa alga

Memisahkan alga dari media dan air nya

dengan menggunakan centrifuge. Kemudian

dilakukan penyaringan sehingga diperoleh alga

kering. Alga kering yang masih ada kandungan air

nya di keringkan dalam oven dengan suhu 30-40ºC

selama 5-10 menit. Biomassa alga kering disimpan

untuk proses selanjutnya.

Pembuatan biomassa alga terimmobilisasi silica

gel

Menyiapkan larutan natrium silikat

(waterglass) sebanyak 100 ml. kemudian

menambahkan resin kation pada natrium silikat,

dan mengaduknya dengan magnetic stirrer hingga

homogen selama 30 menit. Memisahkan natrium

silikat dari resin dan menambahkan 500 mg

biomassa alga ke dalam larutan. Menambahkan

HCl hingga terbentuk hidrogel dan dikeringkan

pada oven dengan suhu 60 ºC hingga kandungan

air nya teruapkan semua.

Proses Adsorpsi logam

Pengaruh pH

Adsorpsi ion logam Cu (II) dan Cd (II)

dilakukan dengan mengkontakkan 100 mg

biomassa alga chlorella vulgaris baik non

imobilisasi maupun biomassa chlorella vulgaris

yang diimobilisasi dengan silika gel, dengan 50

mL larutan ion logam Cu (II) dan Cd (II) baik

larutan sintetis maupun air limbah industri.

Konsentrasi larutan logam dibuat tetap dengan

konsentrasi 25 mg/L, sedangkan pH divariasikan

dengan pH 4, 5, dan 6 untuk mendapatkan pH

optimal dalam proses adsorbsi ion logam. Waktu

yang digunakan adalah 60 menit. Dalam proses

adsorbsi ion logam sampel larutan diambil tiap 15

menit awal, 45 awal, dan 60 menit. Sampel

tersebut kemudian adalah sampel yang akan

dianalisa dengan AAS untuk mengetahui kadar ion

logam yang ada dalam larutan sampel.

Pengaruh konsentrasi logam

Dengan adanya variasi konsentrasi ion logam

pada adsorpsi logam menggunakan alga hijau non

imobilisasi dan alga hijau yang diimobilisasi pada

silika gel akan didapatkan dapat informasi tentang

kapasitas adsorpsi dari alga hijau non imobilisasi

dan alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel

yang didapat dari isoterm adsorpsinya. Logam

divariasikan pada konsentrasi 25, 50, dan 100

mg/L. Kondisi pH yang digunakan adalah pH

terbaik yang didapatkan pada percobaan variasi

pH, yaitu pH 6. Dilakukan cara yang sama yaitu

mengkontakkan 100 mg biomassa dengan waktu

60 menit pada volume 50 ml. Selanjutnya, kadar

ion logam setelah dilakukan proses adsorbsi di

ukur konsentrasinya dengan menggunakan analisa

AAS.

Pengaruh massa biomassa

Dengan adanya variasi massa biomassa alga

kering dalam proses adsorpsi ion logam

menggunakan alga hijau non imobilisasi dan alga

hijau yang diimobilisasi pada silika gel akan

didapatkan informasi tentang pengaruh berat

adsorben terhadap adsorpsi dari alga hijau non

imobilisasi dan alga hijau yang diimobilisasi pada

silika gel. Berat/massa biomassa divariasikan yaitu

100 mg, 150 mg, dan 200 mg pada konsentrasi dan

pH terbaik yaitu 25 mg/l dan pH 6. Selanjutnya,

kadar ion logam setelah dilakukan proses adsorpsi

di ukur konsentrasinya dengan menggunakan

analisa AAS.

Analisa gugus fungsi dan konsentrasi

logam Analisa gugus fungsi yang terdapat pada

dinding sel alga menggunakan FTIR, dan analisa

untuk mengetahui konsentrasi logam dalam larutan

menggunakan AAS.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 1. Spectrum FTIR alga chlorella vulgaris

Dinding sel biomassa alga hijau terdiri dari

polisakarida dan protein, beberapa diantaranya

mengandung gugus karboksil, sulfat, amino. Oleh

karena itu, berdasarkan spektrum FT-IR di atas,

diinterpretasikan bahwa gugus fungsional yang

terdapat pada biomassa alga hijau diantaranya

adalah adanya (1) gugus hidroksil (-OH) dari

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 3

polisakarida, (2) gugus C=O peptida (-CONH-)

berasal dari protein.

Proses adsorpsi dengan pengaruh pH

Dari hasil penelitian adsorpsi logam

dengan variasi pH 4,5, dan 6 maka didapatkan

hasil sebagai berikut :

Gambar 2. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu

dan Cd pada larutan sintetis

Gambar 2. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu

dan Cd pada larutan limbah

Dari Grafik pengaruh pH terhadap efektifitas

penyerapan logam yang telah dicantumkan

sebelumnya memperlihatkan bahwa jumlah tembaga

atau kadmium yang terserap oleh biomassa alga hijau

sangat dipengaruhi oleh pH dari larutan logam

tersebut. Adsorpsi ion logam Cu (II) dan Cd (II)

dengan biomassa alga hijau non imobilisasi maupun

biomasa alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel

mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan pH.

Pada pH rendah, permukaan padatan

bermuatan positif karena terjadi protonasi pada gugus

anionik, seperti karboksilat ataupun amino. Sehingga

bila pH larutan diturunkan, maka akan terjadi

protonasi gugus basa lemah pada permukaan sel

biomassa tersebut, sehingga semakin rendah pH

larutan menyebabkan semakin banyak gugus basa

lemah yang terprotonasi dan akibatnya kemampuan

biomassa untuk menyerap logam semakin

lemah.Ditambah lagi dengan adanya kompetisi ion H+

dengan kation logam. Karena sama- sama memiliki

muatan positif (antara muatan pada permukaan alga

dengan kation logam), sehingga terjadi tolakan yang

menyebabkan daya serap menjadi rendah. Sedangkan

pada pH tinggi permukaan padatan bermuatan negatif

karena terjadi deprotonasi pada gugus hidroksil atau

amino, oleh karena itu daya serap ion logam Cu (II)

dan Cd (II) meningkat.

Hasil terbaik Cu dan Cd teradsorpsi yaitu

pada larutan logam sintetis untuk biomassa non

imobilisasi sebesar 71,4% dan 63,04%. Dengan

jumlah Cu dan Cd terserap per gram biomassa sebesar

8,925 mg/g dan 7,88 mg/g pada pH penyerapan

maksimumnya yaitu pH 6 dan pada waktu penyerapan

60 menit.

Proses adsorpsi dengan pengaruh konsentrasi

logam

Dari hasil penelitian adsorpsi logam

dengan variasi konsentrasi logam 25, 50, dan 100

mg/l maka didapatkan hasil sebagai berikut :

Gambar 3. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu

dan Cd pada larutan sintetis

Gambar 4. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu

dan Cd pada larutan limbah

Dari hasil penelitian didapatkan bahwa

jumlah kadmium dan tembaga yang terserap oleh

biomassa alga hijau dipengaruhi oleh variasi

konsentrasi larutan yang digunakan. Semakin besar

konsentrasi larutan yang diinteraksikan dengan

jumlah biomassa yang tetap (100 mg) maka

semakin besar pula jumlah kadmium yang terserap

oleh biomassa alga hijau. Sesuai dengan teori

Langmuir yang mengatakan bahwa pada

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 4

permukaan penyerap dalam hal ini biomassa alga

hijau terdapat sejumlah tertentu situs aktif yang

sebanding dengan luas permukaan penyerap.

Sehingga selama situs aktif belum jenuh atau

berada pada keadaan seimbang, maka dengan

bertambahnya konsentrasi ion logam yang

dikontakkan akan bertambah pula jumlah ion

logam yang terserap per gram biomassa nya.

Hasil terbaik Cu dan Cd teradsorpsi yaitu

pada larutan logam sintetis untuk biomassa non

imobilisasi sebesar 71,24% dan 63,04%. Pada

konsentrasi logam 25 mg/l dan pada pH

penyerapan maksimumnya yaitu pH 6 dengan

waktu kontak 60 menit.

Proses adsorpsi dengan pengaruh massa biomasa

Dari hasil penelitian adsorpsi logam dengan

variasi massa biomassa 100, 150, dan 200 mg maka

didapatkan hasil sebagai berikut :

Gambar 5. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu

dan Cd pada larutan sintetis

Gambar 6. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu

dan Cd pada larutan limbah

Dari hasil penelitian didapatkan bahwa

peningkatan massa biomassa akan menaikkan

presentase jumlah logam yang terserap. Hal ini

terjadi karena dengan bertambahnya jumlah

biomassa, maka akan semakin banyak situs (pusat)

aktif pada dinding sel biomassa yang berinteraksi

dengan ion Cu (II) maupun Cd (II) di dalam

larutan pada volume yang sama. Dengan demikian

semakin banyak gugus aktif yang mampu mengikat

ion logam baik Cu (II) maupun Cd (II) yang berada

pada permukaan biomassa chlorella vulgaris.

Biomassa alga hijau yang di imobilisasi pada silika

gel memiliki persen serapan yang lebih rendah

daripada biomassa non imobilisasi, hal ini

disebabkan oleh adanya silika yang berikatan

dengan gugus fungsional yang terdapat pada

biomassa sehingga menyebabkan berkurangnya

situs aktif pada biomassa hijau. Namun upaya

imobilisasi tetap disarankan karena dapat memiliki

kekuatan fisik yang lebih bagus dan biomassa

terimmobilisasi dapat di recovery untuk digunakan

kembali sebagai adsorben.[9]

Hasil terbaik untuk Cu (II) dan Cd (II)

teradsorpsi yaitu pada larutan logam sintetis untuk

biomassa non imobilisasi sebesar 73,52% dan 70,6%.

Dengan jumlah Cu dan Cd terserap per gram

biomassa sebesar 5,44 mg/g dan 5,5883 mg/g pada pH

penyerapan maksimumnya yaitu pH 6 dan pada waktu

penyerapan 60 menit dengan jumlah biomassa 200

mg.

Isotherm adsorpsi

Isoterm adsorpsi digunakan untuk

mengetahui hubungan antara jumlah zat yang

terserap (adsorbat) dengan jumlah zat penyerap

(adsorben), serta kemungkinan sifat dari

permukaan adsorben. Pada penelitian ini

digunakan dua bentuk persamaan isoterm adsorpsi,

yaitu isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich.

Data yang digunakan untuk mencari isoterm

adsorpsi adalah data penyerapan pada variasi

konsentrasi ion logam Cd (II) yang digunakan,

oleh biomassa alga hijau non imobilisasi dan

biomassa alga hijau yang diimobilisasi pada silika

gel.

Pada isoterm adsorpsi Langmuir, teori

Langmuir menjelaskan bahwa permukaan

penyerap dalam hal ini biomassa alga hijau

terdapat sejumlah tertentu situs aktif yang

sebanding dengan luas permukaan penyerap. Pada

setiap situs aktif memiliki energi yang sama

sehingga dapat dikatakan bahwa permukaan

adsorben bersifat homogen.

Isoterm adsorpsi Freundlich menyatakan

bahwa permukaan adsorben bersifat heterogen, hal

tesebut berarti afinitas dari masing-masing pusat

aktif tidak sama, sehingga adsorpsi pada situs yang

paling aktif lebih disukai.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 5

Dari hasil perhitungan didapatkan hasil

berikut:

Tabel 1. Perbandingan isotherm Langmuir dan

Freundlich

Dilihat berdasarkan nilai R2, dapat

diasumsikan isotherm Freundlich mampu

menginterpretasikan data adsorpsi lebih baik

daripada isoterm Langmuir. Karena pada isotherm

Freundlich nilai R2 mendekati 1. Karena lebih

mengarah pada isotherm Freundlich, hal tersebut

menginformasikan bahwa kemungkinan

permukaan dari kedua biomassa alga hijau yang

digunakan bersifat heterogen, artinya setiap situs

aktif pada matriks alga yang kompleks memiliki

energi atau afinitas yang berbeda-beda.

IV. KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat

disimpulkan bahwa pH, konsentrsi logam dan

massa biomassa sangat mempengaruhi proses

adsorpsi ion logam. Kondisi terbaik atau

maksimum penyerapan didapatkan pada pH 6,

konsentrasi logam 25 mg/l, dan massa biomassa

200 mg dengan waktu kontak 60 menit. Sedangkan

pada media larutan logam sintetis mampu

didapatkan hasil adsorpsi yang lebih baik daripada

media air limbah PT.SIER Surabaya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Buhani.Suharso and Z.Sembiring.2012.

Immobilization of Chetoceros sp Microalgae

with Silica Gel through Encapsulation

Technique as Adsorbent of Pb Metal from

Solution. Oriental Journal of Chemistry Vol

28

[2] Buhani.suharso.Zipora sembiring.2006.

Biosorption of metal ion Pb(II), Cu(II), and

Cd(II) on Surgassumduplicatum immobilized

silica gel matrix. Indo.J. Chem. 245-250

[3] C.Quintelas. B.Fonseca.B.Silva. H.Figueiredo.

T.Tavares. 2009. Treatment of

Chromium(VI) Solutions in a pilot-scale

bioreactor through a biofilm of Arthrobacter

viscous supported on GAC. Bioresource

Technology

[4] Elfrida. 2009. Peningkatan Daya Serap Alga

Coklat Turbinaria decurrens Borry Terhadap

Ion Logam Tembaga dan Seng dengan

Memodifikasi Gugus Karboksilnya. Jurnal

Mangrove dan Pesisir IX

[5] F.A Abu Al-Rub. M.H.El-Naas. M. Al-

Marzouqi.2005 . Biosorption of copper on

Chlorella vulgaris from single,binary and

ternary metal aqueous solutions. Process

Biochemistry.El Sciever. 457-464

[6] Mohammed Sayed Abdel Hameed and Ola

Hammouda Ebrahim. 2007.

Biotechnological Potential Uses of

Immobilized Algae. International Journal of

Agriculture &Biology Vol 9 No.1

[7] Ronaldo. Imelda.H.Silalahi. Nelly Wahyuni.

2013. Adsorpsi Ion Logam Cu(ll)

Menggunakan Biomassa Alga Coklat

(Sargassum Crassifolium) yang

terenkapsulasi Aqua-Gel Silika.JKK Vol 2

hal 148-152

[8] E. Romera . F.Gonzalez. A.Ballester. M.L.

Blazquez. J.A.Munoz. 2006. Comparative

study of biosorption of heavy metals using

different types of algae. Science Direct.

[9] Hima Karnika Alluri. Srinivasa Reddy

Ronda. Vijaya Saradhi Settalluri. Jayakumar

Singh.Bondili. Suryanarayana.V and

Venkateshwar.P . 2007. Biosorption : An

eco-friendly alternative for heavy metal

removal. African Journal of Biotechnology

Vol 6

[10] Nadia A.Abdelmajeed. Olfat A. khelil.Elnas

Nabil. 2012. Immobilization technology for

enchancing bio-product industry. African

journal of biotechnology . vol 11.

[11] Nilanjana das. R.Vimala. 2008. Biosorption

of heavy metal- an overview. Indian journal

of biotechnology.vol 7 159-169