ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (2) (2009) : 47 – 51
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi

## Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Adsorpsi Ion Besi(III) dan Kadmium(II) Menggunakan Gel Kitosan
Westriani Prambaningrum a , Khabibi a* , Muhammad Cholid Djunaidi a
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: khabibi@live.undip.ac.id

## A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords: chitosan, gel, adsorption, Fe(III) ions, Cd(II) ions
Water contamination by heavy metal ions is a serious problem for the environment and health. Contamination of metal ions in the solution can be reduced by adsorption them using chitosan gel.  Chitosan  gel  was  obtained by  dissolving  chitosan  powder  in  acetic  acid.  The  presence  of amine groups (-NH 2 ) and hydroxyl (-OH) in chitosan can serve as a binder of Fe(III) and Cd(II) ions. This study aims were to make chitosan gel and apply it as adsorbent of Fe(III) and Cd(II) ions and determine the optimum pH of adsorption, maximum adsorption capacity and selectivity of  chitosan  gel  on  Fe(III)  and  Cd(II)  adsorption  with  variation  of  pH.  Chitosan  powder  was analyzed by  FTIR  to  determine deacetylation  degree.  The  formed gel was  used as  Fe(III) and Cd(II) adsorbents. The pH of the optimum adsorption of Fe(III) and Cd(II) ions was determined by  pH  variation  at 2.8,  3, 4,  5, and 6.  The  maximum  adsorption  capacity  of  chitosan gel was determined by varying concentrations at 10 ppm, 30 ppm, 60 Ppm, 100 ppm, and 150 ppm. The results were interpreted with Langmuir isotherms, and the chitosan gel selectivity to Fe(III) and Cd(II) ions was determined by varying the pH of the mixed Fe(III) and Cd(II) mixtures. The result showed that chitosan gel with pore size was 0.9615-3.2692 μm from chitosan powder having deacetylation degree of 65,53%, pH optimum adsorption of Fe(III) ion at pH 4. While optimum pH of Cd(II) ion adsorption was at pH 5. The maximum adsorption capacity of chitosan gel to Fe(III) and Cd(II) ions were 11,574 mg / g and 8.446 mg/g respectively. The chitosan gel obtained was relatively more selective in adsorbing Fe(III) ions than the Cd(II) ions.

## A b s t r a k
Kata kunci: kitosan, gel,
adsorpsi, ion Fe(III), ion Cd(II)
Kontaminasi air oleh ion logam berat merupakan masalah serius bagi lingkungan dan kesehatan. Kontaminasi  ion  logam  dalam  larutan  dapat  dikurangi  dengan  adsorpsi  menggunakan  gel kitosan.  Gel kitosan  diperoleh dengan  melarutkan  serbuk kitosan  dalam  asam  asetat. Adanya gugus  amina  (-NH 2 )  dan  hidroksil  (-OH)  pada  kitosan  dapat  berfungsi  sebagai  pengikat  ion Fe(III) dan  Cd(II).  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  membuat  gel  kitosan  dan  mengaplikasikan sebagai  adsorben  ion  Fe(III) dan  Cd(II)  dengan  menentukan pH  optimum  adsorpsi,  kapasitas adsorpsi maksimum, dan selektifitas gel kitosan terhadap adsorpsi ion Fe(III) dan Cd(II) dengan variasi  pH.  Serbuk  kitosan  dianalisis  dengan  FTIR  untuk  menentukan  derajat  deasetilasi.  Gel yang terbentuk digunakan sebagai adsorben Fe(III) dan Cd(II). pH optimum adsorpsi ion Fe(III) dan Cd(II) ditentukan dengan melakukan variasi pH pada 2,8, 3, 4, 5, dan 6. Kapasitas adsorpsi maksimum gel kitosan ditentukan dengan melakukan variasi konsentrasi pada 10 ppm, 30 ppm, 60 ppm, 100 ppm, dan 150 ppm, kemudian hasilnya diinterpretasikan dengan isoterm Langmuir, dan selektifitas gel kitosan terhadap ion Fe(III) dan Cd(II) ditentukan dengan melakukan variasi pH  larutan  campuran  Fe(III) dan  Cd(II).  Hasil  penelitian  yang  diperoleh  adalah  gel  kitosan dengan  ukuran  pori  sebesar  0,9615-3,2692  μm  dari  serbuk  kitosan  yang  memiliki  derajat deasetilasi 65,53%, pH optimum adsorpsi ion Fe(III) pada pH 4, sedangkan pH optimum adsorpsi ion Cd(II) pada pH 5. Kapasitas adsorpsi maksimum gel kitosan terhadap ion Fe(III) dan Cd(II) masing-masing sebesar 11,574 mg/g dan 8,446 mg/g. Gel kitosan yang diperoleh relatif lebih selektif mengadsorpsi ion Fe(III) dibandingkan dengan ion Cd(II).
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (2) (2009) : 47 – 51

## 1. Pendahuluan
Kontaminasi  air  oleh  ion  logam  berat  merupakan masalah  serius  bagi  lingkungan  dan  kesehatan  yang disebabkan oleh efek toksik dari ion logam tersebut pada konsentrasi  rendah  sekalipun.  Ion  logam  yang mencemari lingkungan perairan di antaranya ion Fe(III) dan  Cd(II) yang  membahayakan  manusia  jika terakumulasi  dalam  tubuh  [1](Darmono,  1995).  Salah satu cara pengurangan logam berat yang paling banyak digunakan  adalah  adsorpsi  karena  metode  ini  aman, tidak  memerlukan  peralatan  yang  rumit  dan  mahal, mudah  pengerjaaannya,  dan  dapat  di  daur  ulang [2](Erdawati,  2008).  Kapasitas  adsorpsi  dari  beberapa adsorben  yang  murah  sedang  banyak  diteliti,  seperti biopolimer  yang  diperoleh  dari  sumber  daya  alam terbaharui,  yang  relatif  murah  dan  selektif  dalam mengadsorp  ion  logam  seperti  kitosan.  Kitosan mempunyai reaktifitas kimia yang tinggi sehingga dapat berperan  sebagai  penukar  ion  dan  dapat  berfungsi sebagai  pengkhelat  ion  logam  berat [3].  Penelitian  ini bertujuan  untuk  membuat  gel  dari  serbuk  kitosan, menentukan kapasitas adsorpsi gel kitosan terhadap ion Fe(III)  dan  Cd(II)  dengan  isoterm  Langmuir,  dan mengetahui selektifitas relatif gel kitosan terhadap ion Fe(III) dan Cd(II) dengan variasi pH.

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat gelas, timbangan analitis, magnetic stirer Lab Tech, kertas saring, alumunium foil, FTIR Shimadzu 820 IPC, spektrofotometer serapan atom (AAS) PE 3110, dan scanning electron microscopy (SEM) JSM 6360LA, serbuk kitosan BRATACO, akuades, CH 3 COOH 2% p.a, NaOH 1M p.a,  FeCl 3. 6H 2 O  p.a,  CdCl 2. H 2 O  p.a,  Na 2 HPO 4 p.a,  C 6 H 8 O 7 p.a.

## Pembuatan Gel Kitosan
Sebanyak  2  gram  serbuk  kitosan  ditambahkan dengan 50 mL asam asetat 2% kemudian diaduk selama 24 jam. Setelah itu gel kitosan didiamkan beberapa saat lalu  dituangkan  pada  cetakan  kaca.  Kemudian  gel direndam  dalam  NaOH  1M  dan  didiamkan  12  jam  lalu dicuci  dengan  akuades  hingga  netral  dan  dikeringkan dalam desikator.

## Adsorpsi Ion Fe(III) dan Cd(II)
Penentuan  pH  optimum  lebih  dahulu  dilakukan dengan  melakukan  variasi  pH  2,8,  3,  4,  5,  dan  6. Kemudian  nilai  pH  optimum  digunakan  untuk melakukan variasi konsentrasi 10, 30, 60, 100, dan 150 ppm.  Hasil  yang  diperoleh  diinterpretasikan  pada isoterm  Langmuir.  Kadar  ion  Fe(III)  dan  Cd(II)  yang tidak teradsorpsi diukur dengan AAS.

## Uji Selektifitas Gel Kitosan
Sebanyak  5  erlenmeyer  disiapkan,  kemudian ditambahkan  12,5  mL  larutan  Cd(II) 100  ppm  dan  12,5 mL larutan Fe(III) 100 ppm dan dilakukan pengaturan pH dengan menambahkan H 2 SO 4 atau NaOH. Setelah itu
20 mL larutan buffer dengan variasi pH 2,8, 3, 4, 5, dan 6  serta  0,3  gram  gel  kitosan  ditambahkan  lalu  diaduk selama  24  jam.  Larutan  hasil  adsorpsi  disaring  dan filtratnya dianalisis dengan AAS.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Penentuan Derajat Deasetilasi Serbuk Kitosan
Serbuk  kitosan  yang  diperoleh  dari  BRATACO ditentukan  derajat  deasetilasinya  untuk  mengetahui persen gugus asetil yang diubah menjadi gugus amina. Semakin tinggi derajat deasetilasi kitosan menandakan bahwa gugus asetil kitosan semakin sedikit dan gugus amina  semakin  banyak  sehingga  kitosan  semakin mudah  larut  dalam  asam  asetat  [4].  Gugus  asetil  (- COCH 3 ) yang berikatan pada atom nitrogen pada kitosan dapat  mengurangi  interaksi  dengan  ion  logam. Intensitas gugus karbonil (-CO) dan N-H pada kitosan dapat  diketahui  dengan  menggunakan  FTIR  seperti terlihat dari gambar 1.
Gambar 1. Spektra FTIR Kitosan
Puncak  pada  3433,29  cm -1 yang  mengindikasikan adanya  uluran  N-H  dengan  %  transmitansi  24,055% dan gugus karbonil (-CO) ditunjukkan pada 1635,64 cm - 1 dengan % transmitansi 37,337%. Berdasarkan spektra tersebut,  diperoleh  derajat  deasetilasi  kitosan  sebesar 65,53%.

## Pembuatan Gel Kitosan
Gel kitosan dapat dibuat dengan melarutkan serbuk kitosan  dalam  asam  asetat.  Kelarutan  kitosan  dalam asam  asetat  dipengaruhi  oleh  besarnya  derajat deasetilasi  kitosan.  Semakin  besar  derajat  deasetilasi maka kitosan semakin mudah larut dalam asam asetat karena dapat membentuk garam ammonium kuartener. Adanya penambahan NaOH setelah pencetakan larutan kitosan menyebabkan terbentuknya gugus amina yang memiliki  sepasang  elektron  bebas  kembali  [5].  Hal tersebut karena adanya ion OH - yang dapat menarik H + dari NH 3 + . Gel kitosan yang diperoleh lalu dicuci hingga pH netral (pH=7) dengan akuades untuk menghilangkan NaOH  maupun  asam  asetat  yang  masih  terdapat  pada permukaan  gel  kitosan.  Kemudian  gel  dikeringkan  di dalam  desikator untuk  menghilangkan  air yang  masih terdapat pada gel kitosan dan dilakukan analisis dengan SEM  (Scanning  Electron  Microscopy)  untuk  mengetahui
morfologi permukaan dan distribusi pori pada membran kitosan seperti terlihat dari gambar 2.
Gambar 2. Citra SEM Gel Kitosan
Citra  SEM  menunjukkan  bahwa  gel  kitosan merupakan material berpori sehingga dapat digunakan sebagai  adsorben  karena  ion  Fe(III)  dan  Cd(II)  dapat terjerap  pada  pori  gel  kitosan,  namun  ukuran  pori tersebut  tidak  seragam  yaitu  berkisar  0,9615-3,2692 μm.

## Adsorpsi Ion Logam Fe(III) dan Cd(II) oleh Gel Kitosan Variasi pH
Proses adsorpsi ion logam sangat dipengaruhi oleh kondisi  pH  larutan.  Adanya  pengaruh  pH  terhadap adsorpsi ion Fe(III) dapat dilihat dari gambar 3.
Gambar 3. Grafik Fe(III)
Gambar  3  menunjukkan  kecenderungan  proses adsorpsi meningkat pada pH 2,8-4 dan menurun setelah pH  4.  Pada  pH  rendah/asam  akan  memungkinkan terdapat  banyak  proton  H + yang  tertarik  ke  NH 2 sehingga  terbentuk  amina  yang  terprotonasi  (NH 3 + ). Pada pH di atas 4 terjadi penurunan adsorpsi karena ion Fe(III)  cenderung  lebih  tertarik  pada  ion  hidroksida dibandingkan  pada  gugus  amina  pada  kitosan,  namun belum  membentuk  endapan  Fe(OH) 3, hanya  terjadi interaksi  antara  ion  Fe(III)  dengan  OH - .  pH  optimum adsorpsi ion Fe(III) terjadi pada pH 4, di mana adsorpsi Fe(III)  terbanyak  sebesar  7,75  mg/g.  Hasil  adsorpsi maksimum ion Cd(II) dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Grafik Cd(II)
Adsorpsi  ion  Cd(II)  cenderung  meningkat  dari  pH 2,8-5 dan menurun setelah pH 5. Pada pH 5 merupakan pH  optimum  adsorpsi  ion  Cd(II),  di  mana  gel  kitosan mengadsorpsi  ion  Cd(II)  paling  banyak  sebesar  6,99 mg/g.

## Adsorpsi Ion Logam Fe(III) dan Cd(II) oleh Gel Kitosan Variasi pH Konsentrasi
Hasil  adsorpsi  ion  Fe(III)  dan  Cd(II)  mengalami peningkatan  sesuai  dengan  penambahan  konsentrasi awal  larutan.  Semakin  besar  konsentrasi  maka kemampuan  adsorpsi  gel  kitosan  semakin  meningkat. Dari gambar 5 dan 6 dapat dilihat peningkatan adsorpsi ion  Fe(III)  dan  Cd(II)  sebanding  dengan  penambahan konsentrasi awal.
Gambar 5 Grafik adsorpsi ion Fe(III) dengan variasi konsentrasi
Gambar 6 Grafik adsorpsi ion Cd(II) dengan variasi konsentrasi
Gambar  5  dan  6  menunjukkan  peningkatan kemampuan  adsorpsi  gel  kitosan  akibat  kenaikan konsentrasi  ion  Fe(III)  dan  Cd(II).  Hal  ini  karena semakin banyak ion Fe(III) dan Cd(II) yang berinteraksi dengan  situs  aktif  kitosan.  Kemudian  dengan menginterpretasikannya  pada  isoterm  langmuir, diperoleh persamaan garis seperti pada gambar 7 dan 8 yang  dapat  menunjukkan  nilai  kapasitas  adsorpsi maksimum.
Gambar 7 Grafik isoterm Langmuir Fe(III)
Gambar  7  dan  8  menunjukkan  adanya  persamaan garis  yang  dapat  digunakan  untuk  menghitung kapasitas  adsorpsi  maksimum  ion  Fe(III)  dan  Cd(II) pada gel kitosan. Nilai kapasitas adsorpsi maksimum ion Fe(III) dan Cd(II) masing-masing sebesar 11,574 mg/g dan  8,446  mg/g.  Kapasitas  adsorpsi  ion  Fe(III)  lebih besar dibanding ion Cd(II). Hal tersebut sesuai dengan teori HSAB  (Hard Soft Acid Base) yaitu asam keras akan mudah berinteraksi dengan basa keras sedangkan asam lunak akan mudah berinteraksi dengan basa lunak. Ion Fe(III)  merupakan  asam  keras  yang  lebih  kuat berinteraksi dengan basa keras pada kitosan (-NH 2 dan –OH), sedangkan ion Cd(II) adalah asam lunak sehingga interaksinya dengan situs aktif kitosan (-NH 2 dan –OH) lebih lemah.

## Uji Selektifitas Gel Kitosan terhadap Fe(III) dan Cd(II)
Selektifitas  gel  kitosan  dapat  diketahui  dengan melakukan  variasi  pH.  Adanya  pengaruh  pH  terhadap interaksi  ion  Fe(III)  dan  Cd(II)  dengan  gel  kitosan terlihat pada gambar 9.

## Gambar 9 Grafik uji selektifitas gel kitosan
Grafik  9  menunjukkan  bahwa  gel  kitosan mengadsorpsi ion Fe(III) lebih banyak dibandingkan ion Cd(II).  Hal  ini  karena  terjadinya  interaksi  yang  lebih kuat  antara  ion  Fe(III)  yang  merupakan  asam  keras dengan situs aktif kitosan (-NH 2 dan –OH) yang bersifat basa  keras  dibandingkan  dengan  interaksi  ion  Cd(II) (asam  lunak)  dengan  situs  aktif  kitosan  (-NH 2 dan  – OH). Asam keras akan kuat berikatan dengan basa keras, sedangkan asam lunak akan kuat berikatan dengan basa keras  (Robert,  1992),  sehingga  ion  Fe(III)  teradsorpsi lebih  banyak  dibandingkan  ion  Cd(II).  Selain  itu  jika dilihat dari jari-jari ion Fe(III) sebesar 0,6 Å, sedangkan jari-jari  ion  Cd(II)  sebesar  0,97  Å.  Nilai  tersebut  lebih kecil  dibanding  ukuran  pori  pada  gel  kitosan  yaitu sebesar  0,9615-3,2692  μm,  sehingga  ion  Fe(III)  yang berukuran lebih kecil dari ion Cd(II) lebih mudah masuk ke  dalam  pori-pori  gel  dan  terjebak  di  dalamnya, sehingga  gel  kitosan  lebih  selektif  mengadsorpsi  ion Fe(III) dibandingkan Cd(II).
0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 konsentrasi (ppm ) k o n s e n tr a s i C d (I I) y a n g t e ra d s o rp ( m g /g ) y = 0.0864x + 0.1335 R 2 = 0.97 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 5 10 15 20 C e (m g/L) C e /q ( g /L ) y = 0.1184x + 0.4037 R 2 = 0.9885 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30
40
50 60 C e (m g/L) C e /q ( g /L ) 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6 7 pH ko n se n tr as i i o n lo g am y an g t er ad so rp ( m g /g ) qFe qCd

## 4. Kesimpulan
Gel kitosan dengan pori sebesar 0,9615-3,2692 μm dapat dibuat dengan melarutkan serbuk kitosan dengan derajat  deasetilasi  sebesar  65,53%  dalam  asam  asetat. Kapasitas adsorpsi maksimum gel kitosan terhadap ion Fe(III) sebesar 11,574 mg/g dan untuk ion Cd(II) sebesar 8,446  mg/g.  Gel  kitosan  relatif  lebih  selektif mengadsorpsi  ion  Fe(III)  dibandingkan  dengan  ion Cd(II).

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Darmono,  Logam  dalam  sistem  biologi  makhluk hidup, Penerbit Universitas Indonesia, 1995.
[2]  Erdawati,  Kapasitas  Adsorpsi  Kitosan  dan Nanomagnetik  Kitosan  terhadap  Ion  Ni(II),  in: Seminar Nasional Sains dan Teknologi, Universitas Lampung, 2008.
[3]  Susan E Bailey, Trudy J Olin, R Mark Bricka, D Dean Adrian,  A  review  of  potentially  low-cost  sorbents for heavy metals, Water research, 33 (1999) 2469- 2479.
[4]  Dietrich Knorr, Functional properties of chitin and chitosan,  Journal  of  Food  Science,  47  (1982)  593- 595.
[5]  Elaine Yi-Hua Lin, A Study of the Mobility of Silver Ions  in  Chitosan  Membranes,  in:  Chemical Engineering, University of Waterloo, Ontario, 2007.