ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 17 (1) (2014) : 1 – 5

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Penambahan Polietilen Glikol (PEG) pada Selulosa dalam Serbuk Tongkol Jagung ( Zea Mays ) terhadap Adsorpsi Ion Logam Timbal (Pb 2+ )
Agustiani Yudi Aryanti a , Rum Hastuti a* , Khabibi a
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: rum.hastuti@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords: cellulose, cellulose, thermophilic compost,
fractionation ammonium sulphate Research on the effect of adding polyethylene glycol (PEG) to  cellulose in corncob ( Zea Mays ) to lead metal ion adsorption (Pb 2+ ) has been done. The objective of this research was to  prepare  and  characterize  corncob  and  PEG-corncob  adsorbents  and  determine  the adsorbent  absorption  ability  on  lead  metal  ions  (Pb 2+ ).  The  method  used  was  batch method. The resulting adsorbents were then characterized using FTIR, BET and AAS. The results of characterization of corncob and  PEG-corncob adsorbents using FTIR showed the  presence  of  a  major  hydroxyl  (OH)  cellulose  group.  Characterization  using  BET showed  that  PEG-corncob  increased  45%  of  surface  area  compared  to  corncob. Absorption ability at pH 6 and concentration of Pb = 5.78 ppm indicated the weight of Pb adsorbed on corncob adsorbent was 0.50 mg/g in 90 minutes, and PEG-corncob adsorbent was 0.19 mg/ g within 60 minute.

## A b s t r a k
Kata Kunci: tongkol jagung, PEG, adsorben, ion logam Pb 2+ Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh penambahan polietilen glikol (PEG) pada selulosa  dalam  serbuk  tongkol  jagung  (Zea  Mays)  terhadap  adsorpsi  ion  logam  timbal (Pb 2+ ). Tujuan dari penelitian ini adalah pembuatan dan karakterisasi adsorben tongkol jagung  dan  tongkol  jagung-PEG  dan  menentukan  kemampuan  penyerapan  adsorben terhadap ion logam timbal (Pb 2+ ). Metode yang digunakan adalah metode batch. Adsorben yang  dihasilkan  selanjutnya  dikarakterisasi  menggunakan  FTIR,  BET  dan  AAS.  Hasil karakterisasi  adsorben  tongkol  jagung  dan  tongkol  jagung-PEG  menggunakan  FTIR menunjukkan  adanya  gugus  utama  selulosa  yaitu  hidroksil  (OH).  Karakterisasi menggunakan BET pada tongkol jagung-PEG mengalami kenaikan luas permukaan 45%. Kemampuan  penyerapan  adsorben  tongkol  jagung  maupun  adsorben  tongkol  jagung- PEG pada pH 6, konsentrasi 5,78 ppm, berat Pb teradsorp pada adsorben tongkol jagung sebesar 0,50 mg/g dalam waktu 90 menit, dan adsorben tongkol jagung-PEG sebesar 0,19 mg/g dalam waktu 60 menit.

## 1. Pendahuluan
Berbagai  macam  industri  seperti  industri  baterai, industri  elektroplating,  industri  bahan  bakar,  industri cat, pengecoran maupun pertambangan akan menghasilkan  limbah  yang  mengandung  logam  berat. Kehadiran  logam  berat  dalam  lingkungan  menjadi masalah  yang  cukup  serius,  mengingat  debit  mereka
yang semakin meningkat, sifat toksik logam berat, serta masuknya  logam  berat  ke  badan  air  yang  dapat mempengaruhi  kualitas  air.  Logam  berat  yang  terserap dalam  air  mudah  terserap  dalam  fitoplankton  yang merupakan  titik  awal  dari  rantai  makanan  dan selanjutnya  akan  sampai  ke  orgtanisme  lainnya termasuk manusia.
Timbal (Pb) merupakan salah satu logam berat yang berbahaya bagi manusia. Kadar maksimum timbal pada perairan  yang dianjurkan WHO  adalah  kurang dari  0,01 ppm  [1].  Sedangkan  kadar  maksimum  timbal  dalam  air minum menurut SNI 01-3553-2006, adalah 0,005 ppm. Akumulasi logam Pb dalam tubuh dapat mengakibatkan keracunan  kronis,  seperti  kerusakan  otak,  kejang- kejang,  dan  kematian.  Toksisitasnya  dalam  dosis  yang kecil  dan  berlangsung  terus-menerus  pada  anak-anak dapat  menyebabkan  neurotoksik  (racun  syaraf)  dan kelainan tingkah laku.
Aplikasi  yang  banyak  dikembangkan  untuk menurunkan  kadar  logam  berat  dari  perairan  adalah teknik adsorpsi (metode penyerapan) untuk pengolahan limbah  logam  berat.  Adsorpsi  (serapan)  merupakan terakumulasinya partikel pada permukaan suatu zat lain. Partikel yang terakumulasi disebut adsorbat dan material terjadinya  adsorpsi  disebut  adsorben  [2].  Penggunaan adsorben  ini  banyak  diaplikasikan  karena  selain ketersediaannya  yang  berlimpah,  bahan  bakunya  juga mudah  didapat,  prosesnya  relatif  sederhana,  biayanya relatif  murah,  efektivitas  dan  efisiensinya  relatif  tinggi serta tidak memberikan efek samping berupa zat beracun [3].
Studi  adsorpsi  logam  dengan  menggunakan adsorben  telah  banyak  dilakukan.  Modifikasi  tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya  sebagai  adsorben  logam  Pb(II).  Dari penelitian  ini  didapatkan  hasil  kondisi  optimum  untuk adsorben  modifikasi  adalah  waktu  kontak  120  menit, konsentrasi  15  ppm  dan  pH  5,5.  Buasri dkk. [4] menggunakan tongkol jagung yang dimodifikasi dengan asam  fosfat  untuk  meningkatkan  kapasitas  biosorpsi Zn(II) dari air limbah.
Beberapa  contoh  hasil  penelitian  di  atas,  adsorben yang digunakan merupakan limbah hasil pertanian dan perkebunan yang mengandung selulosa. Sebagai limbah hasil  pertanian,  tongkol  jagung  mempunyai  kadar selulosa  (40-60%),  hemiselulosa  (20-30%)  dan  lignin (15-30%). Tingginya prosentase selulosa tongkol jagung yang  belum  banyak  dimanfaatkan,  dapat  digunakan sebagai alternatif bahan baku pembuatan adsorben.
Polietilen  Glikol  (PEG)  merupakan  material  yang larut  dalam  air  dan  bersifat  sebagai  perekat.  Interaksi antara  PEG  dan  selulosa  akan  meningkatkan  ukuran pori-pori  dengan  bertambahnya  konsentrasi  PEG  atau berkurangnya konsentrasi selulosa.
Berdasarkan  keberhasilan  penelitian-penelitian sebelumnya,  pada  penelitian  ini  akan  dilakukan modifikasi adsorben tongkol jagung dengan PEG dalam pembuatan  dan  karakterisasi  adsorben  tongkol  jagung maupun adsorben tongkol jagung-PEG dan menentukan kemampuan  penyerapan  adsorben  terhadap  ion  logam timbal (Pb 2+ ).

## 2. Metode Penelitian

## Alat & Bahan
Peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah penggiling bulu ayam, penyaring buchner, kertas
saring,  oven,  timbangan  (Metler  Toledo  JL602-G/L), gelas  ukur,  pipet  tetes,  gelas  beker,  pengaduk  magnet, spatula, botol vial, Spektrofotometer Serapan Atom (PE 3110),  Spektrofotometer  FTIR  (Shimadzu  Prestige-21), Surface  Area  Analyzer  (Quantachrome  Instruments version 11.0 Nova Win-10). Bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  Tongkol  Jagung,  Aquademineral, HCl 37%, Pb(NO 3 ).5H 2 O p.a

## Cara Kerja

## Pembuatan Adsorben Tongkol Jagung
Tongkol  Jagung  dicuci  dengan  air,  kemudian dijemur  sampai  kering.  Setelah  kering,  tongkol  jagung tersebut dipotong kecil-kecil dan digiling sampai halus. Adsorben  yang  sudah  halus  dikeringkan  dengan  oven pada  suhu  60 0 C  sehingga  adsorben  siap  digunakan, kemudian dikarakterisasi dengan FTIR dan BET.

## Penambahan PEG pada Adsorben Tongkol Jagung
Adsorben Tongkol Jagung direndam dengan HCl 0,5 M,  kemudian  campuran  tersebut  ditambahkan  dengan PEG  kemudian  diaduk  selama  2  jam.  Campuran  hasil pengadukan  disaring  dan  dibilas  dengan  akuades, kemudian dikeringkan pada suhu 60 0 C dan didinginkan pada suhu  kamar.  lalu  dikarakterisasi dengan  FTIR  dan BET.
Optimasi Penyerapan Logam Berat Pb 2+
a. Variasi Waktu Kontak
Sebanyak 0,5 gram adsorben siap pakai dimasukkan dalam 50 mL larutan sampel logam 15 ppm, diaduk di atas shaker dengan variasi waktu 10, 30, 60, 90, 120 dan 150 menit. Larutan disaring dan filtratnya dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom.
b. Variasi pH
Sebanyak 0,5 gram adsorben siap pakai dimasukkan dalam  50  ml  larutan  sampel  logam  20  ppm.  Keasaman larutan  diatur  pada  pH  1,  2,  3,  4,  5  dan  6  dengan menambahkan larutan HCl atau NaOH lalu diaduk di atas shaker selama 60 menit. Larutan disaring dan filtratnya dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom.
c. Variasi Konsentrasi
Sebanyak 0,5 gram adsorben siap pakai dimasukkan dalam larutan sampel logam dengan konsentrasi 5, 10, 15 dan 20 ppm, diaduk di atas shaker dengan pH dan waktu optimum  yang  telah  didapatkan  pada  percobaan sebelumnya.  Larutan  disaring  dan  filtratnya  dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Penelitian  ini  mengkaji  pengaruh  penambahan polietilen  glikol  pada  selulosa  dalam  serbuk  tongkol jagung terhadap adsorpsi ion logam timbal (Pb 2+ ).

## Pembuatan Adsorben Tongkol Jagung
Selulosa  adalah  polimer  glukosa  yang  membentuk rantai  linier  dan  dihubungkan  oleh  ikatan β -1,4- glikosidik  [5].  Tongkol  jagung  digunakan  sebagai
adsorben  dikarenakan  tingginya  kandungan  selulosa, hemiselulosa  maupun  lignin  yang  mengandung  gugus hidrokdil  (OH)  [6].  Gugus  OH  selulosa  menyebabkan permukaan selulosa menjadi hidrofilik sehingga mudah larut  dalam  air.  Hal  ini  yang  menyebabkan  tongkol jagung  dapat  dimanfaatkan  sebagai  adsorben  logam berat.

## Penambahan PEG pada Adsorben Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang mengandung gugus fungsional selulosa  diaktivasi  dalam  larutan  asam  (HCl)  yang berfungsi  sebagai  katalis,  kemudian  PEG  ditambahkan pada  campuran  tersebut.  Penambahan  PEG  memiliki gugus  yang  bermuatan  negatif  yang  akan  berikatan dengan  selulosa  sehingga  diharapkan  tongkol  jagung mampu  mengadsorpsi  logam  Pb 2+ lebih  banyak. Berdasarkan  perlakuan  tersebut  maka  dilakukan penentuan  gugus  aktif  dalam  tongkol  jagung  yang diperlakukan tanpa maupun dengan PEG menggunakan spektrofotometer FTIR dan BET.
Analisis dengan menggunakan spektroskopi inframerah  bertujuan  untuk  mengetahui  gugus  fungsi yang  terdapat  pada  selulosa  tongkol  jagung  tanpa  dan dengan  penambahan  PEG.  Gambar  1  menunjukkan spektra  tongkol  jagung.  Menurut  Silverstein dkk. [7] munculnya  serapan  dengan  bilangan  gelombang  3433 cm -1 menunjukkan rentang vibrasi ulur O-H , vibrasi CH ulur  muncul  pada  serapan  2931  cm -1 ,  vibrasi  CO  ulur muncul pada serapan 1372 cm -1 , vibrasi CH 2 muncul pada serapan 1512 cm -1 . Berdasarkan hasil spektra FTIR dapat disimpulkan  bahwa  di  dalam  tongkol  jagung  terdapat gugus-gugus selulosa.
Gambar  2  menunjukkan  spektra  tongkol  jagung dengan  penambahan  PEG.  Hasil  spektra  FTIR  tongkol jagung-PEG  tidak  menunjukkan  adanya  pergeseran bilangan  gelombang.  Hal  ini  dikarenakan  PEG mempunyai  gugus  yang  sama  seperti  pada  tongkol jagung sehingga tidak terlihat terjadinya perubahan pada bilangan gelombang tersebut.
Tabel 1 menunjukkan hasil uji pori bulu ayam tanpa dan  dengan  penambahan  PEG.  Hal  ini  menunjukan bahwa  penambahan  PEG  dapat  memperbesar  pori-pori pada adsorben tongkol jagung.
Tabel 1: Hasil uji pori adsorben tongkol jagung dan
tongkol jagung-PEG Uji Perlakuan Tongkol Jagung Tanpa penambahan asam sitrat Dengan penambahan asam sitrat Luas Permukaan 2,764 m 2 /g 4,008 m 2 /g Ukuran Rata- rata Pori 258,189 A 57,881 A Total Volume Pori 1,784.10 -2 cc/g 5,8.10 -3 cc/g
Gambar 1. Spektra FTIR Adsorben Tongkol Jagung
Gambar 2. Spektra FTIR adsorben tongkol jagung-PEG

## Aplikasi
Adsorpsi Ion Pb 2+ pada Variasi Waktu Kontak
Optimasi  waktu  kontak  adsorben  dengan  larutan logam Pb 2+ dilakukan dengan variasi waktu kontak 10, 30, 60,  90,  120  dan 150 menit.  Menurut  Cheremisinoff dan Ellerbusch  [8]  waktu  kontak  antara  ion  logam  dengan adsorben  sangat  mempengaruhi  daya  serap.  Semakin lama  waktu  kontak  maka  penyerapan  juga  akan meningkat  sampai  pada  waktu  tertentu  akan  mencapai maksimum  dan  setelah  itu akan  turun  kembali . Waktu kontak  terbaik  yang  dihasilkan  setelah  proses  adsorpsi pada  tongkol  jagung  dan  tongkol  jagung-PEG  masing masing 90 menit dan 60 menit.
Gambar 3. Grafik hubungan berat Pb teradsorp dengan variasi waktu kontak pada adsorben Tongkol Jagung
Gambar 4. Grafik hubungan berat Pb teradsorp dengan variasi waktu kontak pada adsorben Tongkol Jagung- PEG
Adsorpsi Ion Pb 2+ pada Variasi pH
Dilakukan optimasi pH larutan tembaga karena pH dapat  mempengaruhi  gugus-gugus  fungsional  selulosa pada  tongkol  jagung  yang  berperan  aktif  dalam  proses penyerapan  logam  berat.  Selain  itu  berpengaruh  juga pada  kelarutan  ion  logam  dalam  larutan,  sehingga  pH merupakan  parameter  yang  penting  dalam  adsorpsi logam dalam larutan [3].
Adsorpsi  pada  pengaruh  pH  dilakukan  pada  variasi pH  1,  2,  3,  4,  5  dan  6  dengan  tujuan  mengetahui  pH optimum  adsorben  dalam  menyerap  logam  Pb 2+ . Pemilihan pH ini tidak dilakukan pada kondisi pH larutan diatas  6  karena  pH  diatas  6  kelarutan  ion  Pb  akan semakin  berkurang  karena  bereaksi  dengan  OH membentuk Pb(OH) 2.
Gambar 5. Grafik hubungan berat Pb teradsorp dengan variasi pH pada adsorben Tongkol Jagung
Gambar 6.
pH  6  digunakan  sebagai  pH  optimum,  kondisi tersebut  memungkinkan  selulosa  berikatan  dengan  ion logam  semakin  besar.  Hal  ini  ditunjukkan  dengan gambar pada grafik spesiasi Pb, di mana Ph diatas 6 ion logam  akan  mengakibatkan  jumlah  ion  OH - semakin banyak sehingga terjadi ikatan antara  Pb 2+ dengan OH - . Hasil  kali  kelarutan  Pb 2+ dan OH - melampaui  harga Ksp Pb(OH) 2 yaitu  3  x  10 -16 dan  diperkirakan  Pb 2+ selain membentuk  endapan  Pb(OH) 2 membentuk  kompleks  di dalam  larutan  sisa.  Dapat  ditunjukkan  pada  gambar  7 grafik spesiasi logam Pb 2+ .
Gambar. 7 Grafik Spesiasi logam Pb 2+
Adsorpsi Ion Pb 2+ pada Variasi Konsentrasi
Pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi logam Pb 2+ dilakukan pada variasi konsentrasi 5, 10, 15 dan 20 ppm yang bertujuan untuk mengetahui konsentrasi optimum dalam menyerap ion logam Pb.
Gambar 8. Grafik hubungan berat Pb teradsorp dengan variasi konsentrasi pada adsorben Tongkol Jagung
Gambar 9. Grafik hubungan berat Pb teradsorp dengan variasi konsentrasi pada adsorben Tongkol Jagung-PEG
Variasi  konsentrasi  pada  adsorben  tongkol  jagung dan  tongkol  jagung-PEG  dilakukan  pada  waktu  kontak optimum  yaitu  waktu  kontak  90  dan  60  menit, Berdasarkan  grafik  tersebut  terlihat  bahwa  semakin besar  konsentrasi  larutan  logam  Pb 2+ semakin  banyak pula jumlah logam Pb 2+ yang terserap. Hal ini disebabkan semakin  besar  konsentrasi  logam  Pb 2+ maka  semakin banyak molekul yang berinteraksi dengan adsorben.
Dalam penelitian ini belum didapatkan konsentrasi maksimum  logam  teradsorpsi  oleh  adsorben  tongkol jagung  maupun  tongkol  jagung-PEG.  Hal  ini  diperkuat dengan  hasil  penelitian  [9]  yang  menyebutkan  bahwa adsorpsi  Pb 2+ oleh  kulit  buah  kakao  yang  masih  terus meningkat  seiring  dengan  bertambahnya  konsentrasi logam sampai 35 ppm.
Berdasarkan  adsorpsi  yang  diperoleh  maka didapatkan jumlah maksimum  larutan logam Pb 2+ yang terserap dengan volume 50 mL dan konsentrasi 5,78 ppm pada  0,5  gram  adsorben  tongkol  jagung  sebesar  0,50 mg/g.  Sedangkan  untuk  adsorben  tongkol  jagung-PEG didapatkan jumlah maksimum larutan logam Pb 2+ yang terserap dengan volume 50 mL dan konsentrasi 5,78 ppm pada 1,5 gram adsorben tongkol jagung-PEG sebesar 0,19 mg/g.  Hal  ini  dikarenakan  berat  adsorben  tongkol jagung:PEG lebih besar yaitu 1:2.

## 4. Kesimpulan
Telah  berhasil  dibuat  adsorben  selulosa  tongkol jagung maupun tongkol jagung-PEG dengan karakterisasi  FTIR  yang  menunjukkan  adanya  gugus utama  yaitu  OH.  Sedangkan  karakterisasi  BET  untuk adsorben  tongkol  jagung-PEG  terjadi  kenaikan  luas permukaan  45%,  rata-rata  pori  dan  total  volume  pori mengalami  penurunan  yaitu  sebesar  77,58%  dan 67,48%. Kemampuan adsorpsi terbaik pada penelitian ini terjadi  pada  konsentrasi  5,787  ppm  dan  pH  6  dengan waktu kontak 90 menit untuk adsorben tongkol jagung dan 60 menit untuk adsorben tongkol jagung-PEG.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  P Tarigan, Beberapa Aspek Kimia Sapogenin Steroid pada  Tumbuhan  di  Indonesia, Alumni,  Bandung ,
(1980)
[2]  PW Atkins, Kimia Fisika jilid II. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Rohhadyan T, editor, in, Oxford: Oxford University  Press.  Terjemahan  dari:  Physical Chemistry, 1999.
[3]  B. Volesky, Biosorption of Heavy Metals., CRC Press, Boston, 1990.
[4]  Achanai Buasri, Nattawut Chaiyut, Kessarin Tapang, Supparoek Jaroensin, Sutheera Panphrom, Equilibrium and kinetic studies of biosorption of Zn (II) ions from wastewater using modified corn cob, Apcbee Procedia , 3, (2012) 60-64 http://dx.doi.org/10.1016/j.apcbee.2012.06.046
[5]  Chukwuemeka  P  Azubuike,  Augustine  O  Okhamafe,
Physicochemical, spectroscopic and thermal properties of microcrystalline cellulose derived from corn cobs, International journal of recycling of organic waste in agriculture , 1, 1, (2012)
9
http://dx.doi.org/10.1186/2251-7715-1-9
[6]  Pauliina  Lankinen,  Ligninolytic  enzymes  of  the basidiomycetous  fungi  Agaricus  bisporus  and Phlebia radiata on lignocellulose-containing media, University of Helsinki, Findland
[7]  Robert  Milton  Silverstein,  AJ  Hartomo,  Terence  C Morrill, G Clayton Bassler, Penyidikan Spektrometrik Senyawa Organik, Erlangga, 1986.
[8]  Paul  N  Cheremisinoff,  Fred  Ellerbusch,  Carbon adsorption handbook, Ann Arbor Science Publishers, 1978.
[9]  Angga  Rajawane,  Biosorpsi  Logam  Berat  Pb  (II) Menggunakan Kulit Buah Kakao, IPB, Bogor