## kitosan untuk pemisahan ion pb dalam limbah cair

## SINTESIS MEMBRAN KITOSAN UNTUK PEMISAHAN ION PB DALAM LIMBAH CAIR
Kindriari Nurma Wahyusi 1) , Shokhibatul Nikmah 2) , Garin Rifdah Anggraini 3)
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Tmur, Jalan Raya Rungkut Madya Gunung Anyar Surabaya, Indonesia, 60249,
(031)8706369 shokhibatulnikmah31@gmail.com

## Abstrak
Limbah cair industri yang mengandung logam berat berbahaya seringkali dibuang ke badan sungai  secara  langsung,  sehingga  dapat  mencemari  air  sungai.  Upaya  pengolahan  limbah  cair industri perlu dilakukan untuk mengurangi kandungan logam berat di dalamnya. Salah satu cara menurunkan  kadar  logam  Timbal  (Pb)  dalam  limbah  cair  adalah  dengan  cara  menggunakan membran  dengan  komposisi  kitosan,  zeolit  dan  larutan  PVA  (Polyvinyl  Alcohol) . Penelitian  ini bertujuan  dapat  membentuk  serta  mengetahui  kemampuan  membran  dengan  komposisi  kitosan, zeolit  dan  PVA  dalam  proses  filtrasi  ion  Timbal  (Pb)  dalam  limbah  cair.  Metode  penelitian  ini menggunakan  proses  pembuatan  membran  kitosan  dengan  teknik  inversi  fasa.  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa membran terbaik diperoleh pada variable kitosan: zeolit: PVA 2gr:1,5gr:30ml.
Memiliki nilai fluks terbesar yaitu sebesar 323,809 L/m 2 .jam yang dapat memfiltrasi limbah PbNO 3 dari kadar Pb awal sebanyak 12239,7 mg/L hingga menjadi 7520,4 mg/L dan diperoleh nilai rejeksi sebesar 38,5573%.
Kata kunci : Filtrasi; Kitosan; Limbah B3; Membran

## CHITOSAN MEMBRANE SYNTHESIS FOR PB ION SEPARATION IN WASTEWATER

## Abstract
The industrial liquid waste which contains harmful heavy metals is often directly dumped into rivers, this polluting the rivers. Liquid waste treatment needs to be done to decrease the dangerous elements. One way to decrease the metal lead (Pb) in the industry liquid waste is by using membrane with the composition of chitosan: zeolite : PVA. The purpose of this research is to form and determine the ability of the membrane with the composition of chitosan : zeolite : PVA in the filtration process of lead (Pb) in the industry liquid waste. This research method used a chitosan membrane process with inverse phase technique. The research result showed that the best membrane was obtained by ratio chitosan:zeolite:PVA is 2gr:1,5gr:30ml. Has the bigest fluks value of 323,809 L/m 2 .jam which can filter PbNO 3 waste value of 12239,7 mg/L until 7520,4 mg/L and obtained a rejection value of 38,5573%
Key words : B3 waste; chitosan; filtration; membrane

## PENDAHULUAN
Saat ini industri di Indonesia telah berkembang sangat  pesat.  Hal  ini  disebabkan  karena  kebutuhan manusia  yang  semakin  meningkat  dan  beragam. Dengan  adanya  kebutuhan  tersebut,  banyak  industri yang meningkatkan produksinya agar dapat memenuhi kebutuhan yang semakin meningkat. Tetapi di sisi lain dapat  memberikan  dampak  negatif  bagi  lingkungan melalui  pencemaran  yang  dihasilkan  dari  limbah industri  yang  mengandung  bahan  beracun  dan berbahaya (B 3 ). Kekhawatiran tersebut akan berdampak  terhadap  kualitas  lingkungan  disekitarnya terutama  pada  kualitas  air.  Salah  satunya pencemaran logam berat pada Timbal (Pb). Jadi, apabila lingkungan tersebut sudah tercemari  oleh  limbah  cair maka sangat diperlukan  upaya  dalam  mengatasi  atau  mengurangi kadar Timbal (Pb) yang sudah mencemari lingkungan khususnya  pada  perairan.  Untuk  itu,  perlu  dilakukan suatu  metode  untuk  penurunan  unsur  logam  yang efektif.  Salah  satu  cara  yang  dapat  digunakan  adalah dengan  menggunakan  metode  filtrasi.  Filtrasi  dapat menurunkan  kadar  Timbal  (Pb)  dalam  air  adalah dengan  memanfaatkan  suatu  membrane.  Dimana membran  ini  terbentuk  dari  komposisi  kitosan,  zeolit dan larutan PVA.
Berdasarkan  data  dari  peneliti  terdahulu penelitian  ini  menentukan  karakteristik  membran komposit kitosan dan zeolit menggunakan uji SEM dan EDX  dan kuat  tarik  serta  nilai  fluks  dan  rejeksi  pada membran.  Nilai  fluks  yang  tertinggi  dihasilkan  oleh komposisi  kitosan  :  zeolit  5:5  yaitu  sebesar  98,53 L/m 2 .jam  pada  tekanan  3  bar.  (Vania,  2016).  Untuk menganalisa  karakteristik  fluks  membran.  Membran dibuat  dari  kitosan  dan  silika  sekam  padi(biosilika) dengan  teknik  inversa.  Efisiensi  karakteristik  fluks paling  besar  dengan  variasi  rasio  massa  kitosan  dan biosilika adalah 1,5 dengan nilai fluks yaitu 19115,62 L/m 2 jam (Zulfi, 2014). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui  pengaruh  pva  terhadap  morfologi  dan kinerja membran. Hasil yang didapat  yaitu nilai fluks terbaik  dihasilkan  dari  komposisi  kitosan:pva  yaitu 3%:1% pada tekanan 5 bar yaitu 38,372  L/m 2 .jam, dan rejeksi  yang  dihasilkan  terbaik  pada  komposisi  ke-4 pada tekanan 1 bar yaitu 85,26% (Farha, 2012).
Timbal  adalah  suatu  unsur  kimia  dalam  tabel periodik  yang  memiliki  lambang  Pb  dengan  nomor atom  82.  Lambangnya  diambil  dari  bahasa  Latin Plumbum.  Timbal  (Pb)  adalah  logam  berat  yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi. Keberadaan timbal  bisa  juga  berasal  dari  hasil  aktivitas  manusia, yang  mana  jumlahnya  300  kali  lebih  banyak dibandingkan Pb alami yang  terdapat
pada kerak bumi. Pb terkonsentrasi dalam deposit biji. Penggunaan Pb terbesar adalah dalam industri baterai kendaraan  bermotor  seperti  timbal  metalik  dan komponen-komponennya.  Timbal  digunakan  pada bensin untuk kendaraan, cat dan pestisida. Pencemaran Pb  dapat  terjadi  di  udara,  air,  maupun  tanah. Pencemaran Pb merupakan masalah utama, tanah dan debu sekitar  jalan  raya pada  umumnya  telah  tercemar bensin bertimbal selama bertahun-tahun (Sunu, 2001).
Kitosan  merupakan  produk  alamiah  yang merupakan  turunan  dari  polisakarida  kitin.  Kitosan mempunyai nama kimia poli D-glukosamin( β (1,4) 2- amino-2-deoksi-D-glukosa),  bentuk  kitosan  padatan amorf bewarna putih dengan struktur kristal tetap dari bentuk  awal  kitin murni.  Dalam  kitosan  kitin terdapat sebagai  mukopoli  sakarida  yang  berikatan  dengan garam-garam  anorganik,  terutama  kalsium  karbonat (CaCO 3 ), protein dan lipida termasuk pigmen-pigmen. Oleh  karena  itu  untuk  memperoleh  kitin  dari  kitosan melibatkan  proses-proses  pemisahan  protein  (depro- teinasi)  dan  pemisahan  mineral  (demineralisasi). Sedangkan  untuk  mendapatkan  kitosan  dilanjutkan dengan proses deasetilasi. Reaksi pembentukan kitosan dari kitin merupakan reaksi hidrolisa suatu amida oleh suatu  basa.  Kitin  bertindak  sebagai  amida  dan  NaOH sebagai  basanya.  Mula-mula  terjadi  reaksi  adisi, dimana gugus OH- masuk ke dalam gugus NHCOCH3 kemudian terjadi eliminasi gugus CH3COO- sehingga dihasilkan  suatu  amida  yaitu  kitosan  (Kusumo,dkk 2014).
Membran merupakan suatu lapisan  tipis antara dua  fasa  fluida  yaitu  fasa  umpan  ( feed )  dan  fasa permeat  yang  bersifat  sebagai  penghalang  ( barrier ) terhadap suatu spesi tertentu, yang dapat memisahkan zat  dengan  ukuran  yang  berbeda  serta  membatasi transpor dari berbagai spesi berdasarkan sifat fisik dan kimianya.
Membran bersifat semipermeabel,  yang berarti membran  dapat  menahan  spesi-spesi  tertentu  yang lebih besar dari ukuran pori membran dan melewatkan spesi-spesi  lain  dengan  ukuran  lebih  kecil.  Sifat selektif  dari  membran  ini    dapat  digunakan  dalam proses  pemisahan.  Membran  berfungsi  memisahkan material  berdasarkan  ukuran  dan  bentuk  molekul, menahan  komponen  dari    umpan  yang  mempunyai ukuran  lebih  besar  dari  pori-pori  membran  dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih  kecil.  Filtrasi  dengan  menggunakan  membran berfungsi sebagai sarana pemisahan dan juga sebagai pemekatan  dan  pemurnian  dari  suatu  larutan  yang dilewatkan pada membran tersebut (Mulder,1996).
Kindriari nurma wahyusi1) , Shokhibatul nikmah2), Garin rifdah anggraini3): sintesis membran kitosan untuk pemisahan ion pb dalam limbah cair
Dead-end  mikrofiltrasi  merupakan  mekanisme pemisahan pada membran yang dalam sistem ini, unit membran  dioperasikan  sebagai  filter  buntu  sampai tekanan  yang  dibutuhkan  untuk  menjaga  aliran  yang bermanfaat diseluruh filter mencapai tingkat maksimumnya. Pada titik ini filter dioperasikan dalam mode  cross-flow,  sementara  secara  bersamaan backflushing  dengan  larutan  udara  atau  permeat. Setelah  beberapa  saat  backfushing  dalam  metode cross-flow untuk  menghilangkan material diendapkan pada  membran,  siste  dihidupkan  kembali  ke  operasi buntu.  Prosedur  ini  terutama  berlaku  pada  unit mikrofiltrasi  yang  digunakan  sebagai  filter  bakteri akhir  dan  virus  untuk  instalasi  pengolahan  air  kota (Baker, 2014).
Faktor yang berpengaruh dalam proses pembentukan struktur membran yang dihasilkan antara lain a) pemilihan polimer pemilihan  material  membran  menjadi  penting  dengan memperhatikan faktor fouling (efek adsorpsi, karakteristik hidorofilik/hidrofobik), kestabilan thermal  dan  kimia.  b)  Konsentrasi  polimer  terkait dengan porositas membran, sehingga akan mempengaruhi  laju  alir  permeat  dan  rejeksi.  c) Pemilihan  Sistem  Pelarut-  Non  Pelarut sangat mempengaruhi  struktur  membran  yang  dihasilkan (Widayanti,  2013).  d)  Kenaikan  suhu  dan  waktu annealing  akan  menurunkan  permeabilitas  membran dan meningkatkan rejeksi (Murni, 2010).
Tujuan  penelitian  ini  adalah  membuat  dan mengetahui  kemampuan  membran  dengan  komposisi kitosan,  zeolit  dan  PVA  dalam  proses  filtrasi  ion Timbal  (Pb)  dalam  limbah  cair.  Serta  mensintesis membran kitosan, zeolit dan PVA dengan menguji morfologi menggunakan metode SEM.

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Bahan  penelitian  utama  yang  digunakan  yaitu kitosan dan Asam asetat 1% 100 ml. Bahan tambahan lain  yakni  terdiri  dari  PEG,  Zeolit,  PVA  dan  NaOH. Dengan  perbandingan  kitosan  :  zeolite  (berat/berat)= 2gr:0,5gr  ;  2gr:1gr  ;  2gr:1,5gr  ;  2gr:2gr  ;  2gr:2,5gr. Penambahan larutan PVA dengan rasio 10 ml, 20 ml, 30 ml, 40 ml dan 50 ml. Untuk PEG ditetapkan 4 ml setiap variabel.

## Alat

## Gambar 1. Rangkaian Alat Pembuatan Membran
Keterangan Gambar
1. Termometer
2. Beaker Glass
3. Magnetic stirrer dengan heater
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah rangkaian  alat  pembuatan  membran  yang  terdiri  dari beaker  glass  dan  Magnetic  stirrer  dengan  heater  di Laboratorium Riset UPN ”Veteran” Jawa Timur.  Serta rangkaian  alat  pengujian  fluks  yaiitu  Reaktor  Dead- End  di  Laboratorium  Kimia  Analitik  Univer-  sitas Negeri Surabaya.

## Prosedur Sintesis Membran
Pembuatan membran pada penelitian ini menggunakan metode inversi fasa. Inversi fasa adalah suatu proses pengubahan bentuk polimer dari fase cair menjadi  padatan  dengan  kondisi  terkendali.  Proses pemadatan  atau  (solidifikasi)  ini  diawali  dengan transisi dari fase cair satu ke fase cair dua (liquid- liquid demixing).  Pada  tahap  tertentu  selama  proses demixing, salah satu fase cair (fasa polimer konsentrasi tinggi)  akan  memadat  sehingga  terbentuk  matriks padat.  Pengendalian  tahap  awal  transisi  fasa  akan menentukan  morfologi  membran  yang  dihasilkan. Proses  inversi  fasa  terjadi  dengan  penguapan  pelarut, presipitasi  dengan  penguapan  terkendali,  presipitasi termal, presipitasi  uap  dan presipitasi  imersi  (Mulder, 1996).
Cara  kerja  dalam  pembuatan  membran  yaitu larutan kitosan dibuat dengan melarutkan tiap variabel kitosan dalam asam  asetat 1% 100 ml di beaker glass dan  diaduk  hingga  homogen  selama  1  jam.  Lalu ditambahkan zeolit tiap variabel dan diaduk hingga
homogen. Kemudian ditambahkan PVA  sesuai dengan variabel  dan  4  ml  PEG  diaduk  selama  2  jam  hingga homogen dan mengental. Selanjutnya larutan tersebut dituang dan dicetak ke dalam petridish. Membran yang sudah dicetak selanjutnya dikeringkan pada suhu ruang sampai  diperoleh  film  membran  kering.  Setelah membran  tersebut  kering,  selanjutnya  membran direndam  dengan larutan NaOH 1% hingga membran terangkat ke permukaan. Selanjutnya membran dicuci dengan air bersih untuk menghilahkan NaOH.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi  membran dapat  diketahui  dengan melakukan  pengujian  yaitu  pengujian  morfologi dengan  menggunakan  analisa  SEM  dan  penentuan permeabilitas  membran  menggunakan  uji  fluks membran.

## Uji Fluks Membran
Pengukuran  fluks  dilakukan  untuk  mengetahui kemampuan  membran  dalam  melewatkan  sejumlah volume  umpan.  Fluks  merupakan  standar  dalam mengevaluasi  kinerja  membran  sebelum  dan  sesudah digunakan.  Pengukuran  dilakukan  dengan  membran yang akan diuji dipotong dengan diameter berukuran 6 cm  sehingga  didapatkan  luas  permukaan  membran sebesar  0,002826  m2.  Untuk  menampung  volume permeate  diperoleh  dengan  waktu  yang  berbeda-beda pada  tekanan  1  atm.  Pelaksanaan  operasi  membran menggunakan  limbah  sintesis  PbNO 3 sebagai  larutan umpan  (feed).  Hasil  dari  fluks  membran  ditunjukkan pada grafik dibawah ini :
Gambar 2. Hubungan Antara Penambahan PVA dengan Fluks yang Menggunakan Penambahan Kitosan 2 gram.
Dari Gambar 2 menunjukkan bahwa membran dengan komposisi kitosan:zeolit (2 : 2,5) dengan penambahan PVA sebanyak 10 ml memiliki nilai fluks terkecil yaitu sebesar  34,854  L/m 2 .jam.  Sedangkan  fluks  terbesar diperoleh pada membran dengan komposisi
kitosan:zeolit  (2  :  1,5)  dengan  penambahan  PVA sebanyak 30 ml yaitu sebesar 323,809 L/m 2 .jam. Jadi dapat  dikatakan  bahwa  membran  yang  memiliki nilai fluks terbesar adalah membran terbaik  yang memiliki pori  terkecil.  Hal  ini  terjadi  karena  fluks  merupakan jumlah  air  yang  melewati  membran.  Semakin  lama waktu air ketika melewati membran, maka menunjukkan bahwa pori  membran sangat  kecil. Dan dapat  disimpulkan  jika  pori  membran  kecil  dapat menahan ion Pb lebih efektif dan menghambat ion Pb lolos melewati membran.

## Morfologi Membran Kitosan : Zeolit dengan Analisa SEM
Pada  analisa  morfologi  membran  kitosan  : zeolit  ini  dilakukan  analisa  pada  variabel  konsentrasi larutan PVA 30 ml dengan variabel perbandingan (b/b) antara kitosan dengan zeolit yaitu 2 : 1,5
Gambar 3. Hasil Analisa SEM pada permukaan membran
Gambar 4. Hasil Analisa SEM Membran Kitosan : Zeolit  (2  gram  :  1,5  gram)  dengan  Penambahan PVA 30 ml
Hasil  Analisa  Uji  SEM  perbesaran  5000x morfologi  membran  pada  Gambar  4  menunjukkan bahwa  membran  mempunyai  beberapa  ukuran  pori yaitu  2,818  µm,  2,102  µm,  2,115  µm  dan  1,813  µm. Membran ini merupakan membran yang memiliki fluks tertinggi  yaitu  sebesar  323,809  L/m 2 .jam.  Bila dibandingkan dengan ukuran jari-jari ion Pb yaitu
sebesar  1,08  x  10 -4 µm  maka  menunjukkan  ukuran pori-pori membran lebih besar daripada jari-jari ion Pb. Dari  sini  dapat  dikatakan  bahwa  ion  Pb  masih  dapat lolos ketika dialiri oleh limbah sintesis PbNO 3 .

## Hasil Uji Analisa Limbah Sintetis
Berdasarkan  hasil  analisa  yang  bersumber  dari Balai Riset  dan Standarisasi Industri Surabaya (2020) diperoleh  penurunan  kandungan  Pb  pada  limbah sintesis  PbNO 3 .  Pada  hasil  analisa  limbah  diperoleh kadar  ion  Pb  sebelum  diumpankan  ke  membran memiliki  kadar  Pb  sebanyak  12239,7  mg/L  dan sesudah  diumpankan  memiliki  kadar  Pb  sebanyak 7520,4 mg/L. Kandungan ion Pb tidak dapat terfiltrasi seluruhnya sebab pada uji membran terbaik komposisi kitosan:zeolit  (2  gr  :  1,5  gr)  dengan  PVA  30ml  pada gambar 4 menunjukkan masih terdapat pori membran yang  lebih  besar  dari  jari-jari  ion  Pb.  Namun  tidak dipungkiri  bahwa  pada  membran  tersebut  tentunya memiliki ukuran pori yang lebih kecil dari jari-jari ion Pb  sehingga  sebagian  ion  Pb  dapat  tertahan  di permukaan  membran  yang  menyebabkan  kandungan ion Pb dalam limbah sintesis PbNO 3 menurun.

## SIMPULAN
Dari  penelitian  ini  diperoleh  membran  terbaik komposit kitosan:zeolit (2gr:1,5gr) dengan penambahan PVA sebanyak 30 ml yang memiliki nilai fluks  terbesar  yaitu  sebesar  323,809  L/m 2 .jam. Membran  yang  diperoleh  dapat  dikatakan  belum sepenuhnya memenuhi syarat untuk pemisahan ion Pb dikarenakan  membran  tersebut  masih  memiliki  pori yang  lebih  besar  dari  ukuran  jari-jari  ion  Pb.  Namun tidak  dipungkiri  bahwa  masih  terdapat  pori  membran yang berukuran lebih kecil dari ukuran jari-jari ion Pb (tidak terdeteksi oleh alat uji SEM) sehingga kadar Pb dalam limbah sintesis dapat menurun. Hasil kadar pada limbah  sebelum  dan  sesudah  di  umpankan  dengan membran  mengalami  penurunan  pada  kadar  ion  Pb yaitu  dari  kadar  Pb  sebanyak  12239,7  mg/L  dan sesudah  diumpankan  memiliki  kadar  Pb  sebanyak 7520,4 mg/L.

## SARAN
Perlu  dilakukan  pemilihan  polimer  yang  lebih baik  lagi  dalam  pembuatan  membran  agar  diperoleh membran dengan kualitas yang baik dan memiliki  pori yang sesuai. Selain itu pada pengujian  morfologi
juga perlu diperhatikan agar pori-pori yang diinginkan sesuai dengan jenis membran.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Kami  ucapkan  terimakasih  kepada  pihak-pihak yang  secara  langsung  maupun  tidak  langsung  telah membantu  berlangsungnya  penelitian  ini.  Semoga penelitian  ini  membawa  manfaat  yang  baik  bagi  para pembaca.

## DAFTAR PUSTAKA
Baker,  W.  2014.”  Membrane  Technology  and Aplications”. California: John Wiley and Sons.
Balai  Riset  dan  Standarisasi  Industri  Surabaya  .2020 Farha, F. I., dkk. 2012. “Pengaruh PVA Terhadap
Morfologi dan Kinerja Membran Kitosan Dalam Pemisahan Pearna Rhodamin-B” Skripsi. Universitas Negeri Surabaya
Kusumo, dkk. 2014. “Penggunaan Kitosan dari Limbah Kulit Udang Sebagai Inhibitor Keasaman Tuak”. Jurnal Kimia Vol 8.  No.2 Hal: 191-197.
Mulder,  M.  (1996).  Basic  Principles  of  Membran Technology.  Netherland  :  Kluwer  Academic Publisher.
Murni,  S.2010.”Preparasi  Membran  Selulosa  Asetat untuk  Penyaringan  Nira  Tebu”.  Yogyakarta/: Eksergi  vol.10  prodi  Teknik  Kimia  FTI  UPN “Veteran” Yogyakarta.
Sunu,  P.  2001.  “Melindungi  Lingkungan  Dengan Menerapkan  ISO  14001”.  PT.  Gramedia Widiasarana Indonesia. Jakarta.
Vania,V. 2016. “Studi Penyisihan Logam Seng (zn2+)
Pada  Limbah  Elektroplating  Menggunakan Membran  Kitosan  dan  Zeolite”  Skripsi. Universitas Negeri Surabaya
Widayanti, S. 2013.” Karakterisasi Membran Selulosa Asetat dengan Variasi Komposisi Pelarut Aseton dan  Format”.  Jember  :  Skripsi  Jurusan  Kimia Fakultas  Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan Alam Universitas Jember.
Widyasmara,  dkk.  2013.  “Potensi  Membran Mikrofiltrasi  dan  Ultrafiltrasi  untuk  Pengolahan Limbah  Cair  Berminyak”.  Jurnal  Teknologi Kimia dan Industri. Vol.2. No.2. Hal:295.
.