Belajar Kimia - Logam berat
adalah jenis polutan
yang paling banyak
ditemukan pada berbagai perairan
limbah industri. Perairan
limbah industri yang
mengandung konsentrasi logam berat
rendah hingga tinggi
sering ditemukan pada
industri pertambangan,
penyepuhan logam, pembuatan
baterai, pupuk, kimia,
farmasi, elektronik,
tekstil, dan banyak
yang lain. Keberadaan
logam berat tersebut
di perairan limbah industri
sangat berbahaya bagi
kehidupan manusia dan
makhluk hidup lainnya, karena
sangat beracun dan
tidak dapat terbiodegradasi, sehingga sangat perlu untuk dihilangkan dari
limbah industri untuk memperoleh perairan yang memenuhi standar
kualitas lingkungan. Dengan
demikian, sangat perlu dikembangkan teknologi
untuk mengontrol konsentrasi
logam ini dalam perairan limbah industri.
Logam dapat
membahayakan bagi kehidupan manusia jika konsentrasi melebihi batas ambang yang
diijinkan. Air limbah dari perindustrian dan pertambangan merupakan sumber
utama polutan logam berat. Namun
demikian, meskipun konsentrasinya
belum melebihi batas ambang, keberadaan
logam berat telah diketahui bersifat akumulatif dalam sistem biologis. Logam beracun yang penting adalah
Cd, Zn, Pb, dan Ni. Memimpin menyebabkan banyak gangguan serius seperti,
anemia, penyakit ginjal, gangguan saraf, dan bahkan kematian, kepala daftar elemen
beracun 2008 (Karthika dkk., 2010).
Berbagai metoda telah
dikembangkan untuk memisahkan logam berat dari air limbah, antara lain meliputi
metoda pengendapan kimia, filtrasi mekanik, penukar ion, elektrodeposisi,
oksidasi reduksi, sistem membran, dan adsorpsi fisik. Namun masing-masing
metoda tersebut secara inheren mempunyai kelebihan dan keterbatasan. Beberapa
metode penghapusan logam berat yang biasa digunakan seperti, filtrasi
membran (reverse osmosis), kimia curah hujan, electro dialisis, proses
elektrolit, biologis penyerapan dan adsorpsi . Dalam beberapa tahun terakhir teknik
adsorpsi untuk pengolahan air limbah telah menjadi lebih populer dengan
efisiensi mereka dalam penghapusan polutan, terutama ion-ion logam berat.
Adsorpsi memiliki keunggulan dibandingkan metode lain untuk remediasi logam
berat dari air limbah karena desainnya sederhana dan bebas Lumpur dan memiliki
nilai ekonomis yang sangat rendah.
Metode adsorpsi telah
terbukti efektif untuk mengurangi konsentrasi logam di perairan
seperti yang dilaporkan
oleh berbagai penelitian,
diantaranya melalui penggunaan
berbagai adsorben seperti zeolit
(Barros dkk., 2003),
arang (Dianati-Tilaki dan
Mahmood, 2004), abu
layang (Li dkk.,
2002), dan berbagai
sampah pertanian seperti kulit
jagung (Igwe dkk., 2005)
atau kulit singkong
(Abia dkk., 2003). Penggunaan
adsorben alami yang
murah dan berlimpah
tentu sangat menguntungkan, akan
tetapi untuk mengetahui senyawa aktif yang berfungsi sebagai adsorben dari
bahan-bahan tersebut bukanlah
pekerjaan yang mudah, hal
ini dapat menyulitkan dalam
menjelaskan fenomena adsorpsi
yang terjadi. Oleh
karena itu perlu dicari adsorben
lain yang strukturnya diketahui dengan pasti, dan hal ini dapat diperoleh dari
hasil sintesis.
Logam Berat Timbal (Pb)
Timbal atau dalam
keseharian lebih dikenal dengan nama timah hitam. Dalam bahasa ilmiahnya
dinamakan Plumbum, dan logam ini disimbolkan dengan Pb. Logam ini termasuk
kedalam kelompok logam-logam golongan IV-A pada tabel periodik unsur kimia.
Mempunyai unsur atom (NA)82 dengan bobot atau berat atom (BA)207,2. Timbal
merupakan bahan alami yang terdapat dalam kerak bumi. Timbal sering kali
digunakan dalam industri kimia seperti pembuatan baterai, industri pembuatan
kabel listrik dan industri pewarnaan pada cat.
Berikut beberapa sifat
logam Pb:
a.
Merupakan logam yang
lunak, sehingga dapat
dipotong dengan menggunakan
pisau atau tangan dan dapat dibentuk dengan mudah.
b.
Tahan terhadap korosi
atau karat, sehingga
logam timbal sering digunakan sebagai coating
c. Titik lebur rendah,
hanya 327,5 derajat C.
d. Merupakan penghantar
listrik yang tidak baik.
e. Mempunyai kerapatan yang lebih besar
dibandingkan dengan logam-logam biasa, kecuali emas dan mercuri
Efek Pb terhadap
kesehatan terutama terhadap sistem
haemotopoetic (sistem
pembentukan darah), adalah
menghambat sintesis hemoglobin
dan memperpendek umur sel darah merah sehingga akan menyebabkan anemia.
Pb juga menyebabkan gangguan metabolisme Fe dan sintesis globin dalam sel darah
merah dan menghambat aktivitas berbagai enzim yang diperlukan untuk sintesis
heme. Anak yang terpapar Pb akan mengalami degradasi kecerdasan alias idiot.
Pada orang dewasa Pb mengurangi kesuburan, bahkan menyebabkan kemandulan atau
keguguran pada wanita hamil, kalaupun tidak keguguran, sel otak tidak bisa
berkembang. Dampak Pb pada ibu hamil
selain berpengaruh pada ibu juga pada
embrio/ janin yang dikandungnya. Selain penyakit yang diderita ibu sangat
menentukan kualitas janin dan bayi yang akan dilahirkan juga bahan
kimia atau obat-obatan, misalnya
keracunan Pb organik
dapat meningkatkan angka keguguran, kelahiran mati atau kelahiran
prematur. Selain memiliki dampak bagi kesehatan Pb juga dimanfaatkan dalam
berbagai macam keperluan sehari-hari, berikut adalah kegunaan Pb:
a. Digunakan dalam
pembuatan kabel telepon
b. Digunakan dalam
baterai
c. Sebagai pewarnaan
cat
d. Sebagai pengkilapan
keramik dan bahan anti api
e. Sebagai aditive
untuk bahan bakar kendaraan
Adsorpsi
Adsorpsi adalah pengumpulan dari
adsorbat diatas permukaan adsorben, sedang absorpsi adalah penyerapan dari
adsorbat kedalam adsorben dimana disebut dengan fenomena sorption. Materi atau
partikel yang diadsorpsi disebut adsorbat, sedang bahan yang berfungsi sebagai
pengadsorpsi disebut adsorben.
Adsorpsi dibedakan menjadi dua
jenis, yaitu adsorpsi fisika (disebabkan oleh gaya Van Der Waals (penyebab
terjadinya kondensasi gas untuk membentuk cairan) yang ada pada permukaan
adsorbens) dan adsorpsi kimia (terjadi reaksi antara zat yang diserap dengan
adsorben, banyaknya zat yang teradsorbsi tergantung pada sifat khas zat
padatnya yang merupakan fungsi tekanan dan suhu)
a. Adsorpsi fisika
Berhubungan dengan gaya Van der Waals. Apabila daya tarik menarik antara
zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari daya tarik menarik antara zat
terlarut dengan pelarutnya, maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada
permukaan adsorben. Adsorpsi ini mirip dengan proses kondensasi dan biasanya
terjadi pada temperatur rendah pada proses ini gaya yang menahan molekul fluida
pada permukaan solid relatif lemah, dan besarnya sama dengan gaya kohesi
molekul pada fase cair (gaya van der waals) mempunyai derajat yang sama dengan
panas kondensasi dari gas menjadi cair, yaitu sekitar 2.19-21.9 kg/mol. Keseimbangan antara permukaan
solid dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel.
b.
Adsorpsi
Kimia
Yaitu reaksi yang
terjadi antara zat padat dengan zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini
bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang jauh lebih besar daripada Adsorpsi
fisika. Panas yang dilibatkan adalah sama dengan panas reaksi kimia. Menurut
Langmuir, molekul teradsorpsi ditahan pada permukaan oleh gaya valensi yang tipenya sama dengan yang
terjadi antara atom-atom dalam molekul. Karena adanya ikatan kimia maka pada
permukaan adsorbent akan terbentuk suatu lapisan atau layer, dimana
terbentuknya lapisan tersebut akan menghambat proses penyerapan selanjutnya
oleh batuan adsorbent sehingga efektifitasnya berkurang.
Kinetika Adsorpsi
Seperti halnya kinetika kimia,
kinetika adsorpsi juga berhubungan dengan laju reaksi. Hanya saja, kinetika
adsorpsi lebih khusus, yang hanya membahas sifat penting dari permukaan zat.
Kinetika adsorpsi yaitu laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam suatu
jangka waktu tertentu. Kinetika adsorpsi suatu zat dapat diketahui dengan
mengukur perubahan konsentrasi zat teradsorpsi tersebut, dan menganalisis nilai
k (berupa slope/kemiringan) serta memplotkannya pada grafik. Kinetika adsorpsi
dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai
banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan atau besar kecilnya
adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya :
·
Macam
adsorben
·
Macam
zat yang diadsorpsi (adsorbate)
·
Luas permukaan adsorben
·
Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbate)
·
Temperatur
Adsorben
Adsorben ialah zat yang
melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun gas) pada proses
adsorpsi. Umumnya adsorben bersifat spesifik, hanya menyerap zat tertentu.
Dalam memilih jenis adsorben pada proses adsorpsi, disesuaikan dengan sifat dan
keadaan zat yang akan diadsorpsi. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk
menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Karbon aktif yang merupakan contoh
dari adsorpsi, yang biasanya dibuat dengan cara membakar tempurung kelapa atau
kayu dengan persediaan udara (oksigen) yang terbatas. Tiap partikel adsorben
dikelilingi oleh molekul yang diserap karena terjadi interaksi tarik menarik.
Zat ini banyak dipakai di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam
larutan. Penyerapan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau
pelarut sangat mirip dengan penyerapan gas oleh zat padat.
Abia, A.A.,
Horsfall, M. Jr.
dan Didi, O.,
2003, “The Use of Chemically Modified and Unmodified Cassava Waste for The Removal of Cd,
Cu, and Zn Ions from Aqueous Solution”, Bioresource Tech., 90,3,345-348.
Barros, M.A.S.D.,
Zola, A.S., Arroyo,
P. A., Sousa-Agular,
E. F. dan
Tavares, C.R.G., 2003,“Binary Ion Exchange of Metal Ions in Y dan X
Zeolites”, Braz. J. Chem. Eng., 20, 4.
C. Karthika, N. Vinnilamani, S. Pattabhi and M.
Seka r, Utilization of Sago Waste as an Adsorbent for the Removal of Pb(II)
from Aqueous Solution: Kinetics and Isotherm Studies. International Journal of
Engineering Science and Technology . 2010,
2 (6): 1867–1879.
Dianati-Tilaki,
R.A. dan Mahmood, S., 2004,”Study on Removal of Cadmium from Water by
Adsorption on GAC, BAC, and Biofilter”, Pak. J. Biol. Sci. ,7,5, 865-869.
Igwe,
J.C., Ogunewe, D.N. dan Abia, A.A., 2005,”Competitive Adsorption of Zn(II),
Cd(II), and Pb(II)
Ions from Aqueous
and Non-Aqueous Solution
by Maize Cob and Husk”, Afr. J.
Biotechnol, 10, 4,1113-1116.
Li,
Z., Sun, X., Lou, J. dan Hwang, J.Y., 2002, “Unburned Carbon from Fly Ash for
Mercury Adsorption: II. Adsorption Isotherms and Mechanisms”, J. Min. & Mat. Char. & Eng., 2,1, 79-96.
