Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X
ADSORPSI LOGAM Cd 2+ MENGGUNAKAN BIOADSORBEN BERBASIS

## KOMPOSIT FILM KITOSAN-LIMBAH CANGKANG KOPI
Lesy Ayunda 1 *, Nurmala 1 , Al Dhita Ramadhana 1 , Satriananda 1
1 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe.
Email: lesyayunda04@gmail.com

## ABSTRAK
Pemanfaatan  limbah  sebagai  bioadsorben  alternatif  untuk  mengurangi  tingkat  pencemaran logam  berat  Cd 2+ pada  penelitian  ini,dilakukan  melalui  proses  sintesis  komposit  film  dari kitosan  (Ks)  dan  limbah  cangkang  kopi  (LCK).  Bertujuan  untuk  mendapatkan  pengaruh penambahan LCK dan variasi waktu adsorpsi terhadap efesiensi penyisihan ion logam Cd 2+ . Adsorpsi  ion  logam  Cd 2+ dilakukan  dengan  variasi  penambahan  LCK  0,  5  dan  10%    (%b) serta  variasi  waktu  0,  30,  60,  90  dan  120  menit.  Hasil  adsorpsi  dianalisa  konsentrasinya menggunakan spekrofotometer serapan atom (AAS). Secara keseluruhan hasil  menunjukkan peningkatan efesiensi penyerapan yang baik oleh komposit Ks-LCK10% pada waktu kontak 120 menit sebesar 92,26 % dengan konsentrasiakhir0.77 mg/L.Sehingga disimpulkan bahwa komposit  film  Ks-LCK  pada  penelitian  ini  dapat  digunakan  sebagai  adsorben  ramah lingkungan untuk menurunkan kadar ion logam Cd 2+ dalam air.
Kata kunci : Bioadsorben, Film, ion logam Cd 2+ , Kitosan-limbah cangkang kopi,Komposit

## ABSTRACT
Bioadsorben utilization of waste as an alternative to reduce the level of heavy metal pollution Cd 2+ on this study, carried out through a process of synthesis of composite films of chitosan (Ks) and waste coffee shells (LCK). Aim to get the effect of adding LCK and adsorption time variation  of  the efficiency of  the allowance for Cd 2+ ions. Cd 2+ ion  adsorption was done by varying the addition LCK 0, 5 and 10% (% w) and variations in time 0, 30, 60, 90 and 120 minutes.  The  results  were  analyzed  adsorption  spekrofotometer  concentration  using  atomic absorption  (AAS).  Overall  the  results  indicate  good  absorption  efficiency  by  composite  Ks- LCK10% the contact time of 120 minutes as big as 92.26%. With a final concentration of0.77 mg/L.  Thus  concluded  that  the  film  composite  Ks-LCK  in  this  studycan  be  used  as  an adsorbent of environmentally friendly to reduce levels of heavy metal ionsCd 2+ in water.
Keywords : Bioadsorben, Composite, chitosan-waste coffee shells,Film,Metal ion Cd 2+
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X

## PENDAHULUAN
Kemajuan industri selama beberapa dekade terakhir, telah meningkatkan aliran polutan  ke  lingkungan.  Salah  satu  polutan berbahaya  adalah  logam  berat.  Logam berat bersifat racun, sukar didegradasi dan sangat  persisten  di  lingkungan.  Logam berat  juga  memiliki    kapasitas  dispersi tinggi  dan  tingkat  bioakumulasi  yang signifikan  pada  tumbuhan  dan  ikan, sehingga  mudah  masuk ke rantai  makanan dan  mengancam  kesehatan  manusia  (Al- senani, dkk, 2018).
Banyak metode yang telah digunakan untuk menyisihkan logam berat seperti koagulasi, flotasi, penguapan elektrokimia, presipitasi, penggunaan resin penukar  ion  dan  adsorpsi.  Dari  berbagai metode  tersebut,  proses  adsorpsi  paling banyak  digunakan  untuk  menyisihkan logam  berat  (Abdillah,  dkk,  2015).  Proses adsorpsi  memiliki  tingkat  penyisihan logam  berat  yang  tinggi,  selain  itu pengoperasian dan implementasinya mudah,  biaya  rendah  dan  tidak  ada pembentukan lumpur (Zhang, dkk, 2016).
Saat ini mulai dikembangkan adsorben  berbasis  pada  bahan  alam  yang lebih di kenal dengan sebutan bioadsorben.
Adsorben
ini diformulasikan menggunakan bahan alami seperti biopolimer  dan  biokomponen  yang  dapat diperbaharui  (Lessa,  dkk,  2017).  Alhogbi (2017)  memanfaatkan  limbah  cangkang kopi  untuk  menyisihkan  logam  berat  Pb (II).  Anantha,  dkk  (2016)  menggunakan kitosan  untuk  menyisihkan  ion  Pb. Krishna,  dkk  (2017)  mensintesis  adsorben dari  ampas  kopi  untuk  menyisihkan  Cr (VI).
Kitosan dan cangkang kopi memiliki kapasitas adsorpsi yang baik. Kitosan (Ks) digunakan dalam formulasi bahan
adsorben  karena  sifatnya  yang  tidak beracun,  mudah  terurai,  biokompatibel, murah, stabil dan tahan terhadap zat kimia. Sedangkan  menurut  Saisa,  dkk  (2018) cangkang  kopi  mengandung 65,2% serat selulosa sebagai bahan pendukung penyerap  logam. Keberadaannya  sebagai limbah cukup  melimpah,  karena produksi kopi  khususnya  di  Aceh  Tengah  pada tahun  2013  mencapai  26  ribu  ton  dan belum  ada  pemanfaatan  yang  signifikan sebagai adsorben.
Oleh karena itu, fokus penelitian ini adalah mencoba melakukan sintesa komposit film bioadsorben  melalui  modifikasi  kitosan (Ks)–limbah  cangkang  kopi  (LCK)  yang dapat  menyerap  logam  berat (Cd 2+ )  dalam air,  dengan  melihat  pengaruh  penambahan LCK dan  variasi  waktu terhadap kapasitas adsorpsi ion logam Cd 2+ .

## METODE PENELITIAN Bahan danAlat
Material yang digunakan yaitu kitosan (Ks) yang disintesis dari cangkang udang,  limbah  cangkang  kopi  (LCK), gliserol sebagai plasticizer dan crosslinker , asam  asetat,  NaOCl,  NaOH,  HCl,  aseton sebagai  pelarut  kitosan,  aquades  sebagai pelarut, dan 3CdSO 4 .8H 2 O limbah sintetis.Alat  yang  digunakan  pH  meter, pompavacum,  hot  plate,  Alat  AAS  dan SEM.

## PersiapanBahan Baku Sintesa Kitin dan Kitosan
Menurut  Benhabiel,  M.S  dkk  (2012), berikut penjabaran tahapan proses pembuatan  kitosan : a. Preparasi Cangkang Udang Cangkang udang dicuci
menggunakan  air  hangat  yang  mengalir untuk  menghilangkan  zat  organik  terlarut,
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X
seperti protein dan kotoran yang menempel.  Untuk  mengangkat  jaringan yang  tersisa,  cangkang  udang  yang  telah terkumpul  direbus  selama  1  jam  di  dalam air  mendidih.  Selanjutnya  agar  cangkang udang  menjadi  lebih  rapuh  dan  struktur kristal dari kitin rusak, bahan di oven pada suhu  160°C  selama  2  jam.  Proses  akhir cangkang udang kering dihaluskan menggunakan  blender  dan  di  ayak  hingga menghasilkan serbuk berukuran 80 mesh.

## b. Demineralisasi
Kalsium karbonat merupakan
komponen  anorganik  utama  cangkang udang.  Untuk  menghilangkan  kalsium karbonat,  asam  klorida  encer  digunakan untuk mencegah hidrolisis kitin.
Konsentrasi  asam  klorida  2M  dan  waktu reaksi  120  menit.  Rasio  cangkang  udang kering  terhadap larutan  asam yang digunakan  selama  ekstraksi  kitin  sebesar 1/10 (b/v). Percobaan dilakukan pada suhu ruang  dengan    pengadukan  konstan  (150 rpm).  Cangkang  udang  dikumpulkan, disaring,  dan  dicuci  dengan  air  deionisasi pada  ph  netral,  kemudian  dikeringkan selama 24 jam.

## c. Deproteinasi
Pada  proses  deproteinasidigunakan
NaOH  dengan  konsentrasi  2  N,  waktu reaksi 400  menit pada suhu 100°C. Proses akhir bahan disaring, dicuci dan dikeringkan  selama  24  jam,  seperti  yang dijelaskan sebelumnya dalam proses demineralisasi.
d. Decolouration (Pemutihan)
Residu kitin dicampur dengan aseton pada  rasio  1/10  (b/v)  selama  10  menit, disaring  dan  dikeringkan  selama  2  jam pada  suhu  kamar,  selanjutnya  di  rendam
untuk  proses  pemutihan  dengan  NaOCl 0,315% selama 5 menit pada padatan yang sama.  Kitin  yang  telah  dilakukan  proses dekloronasidicuci  dan  disaring  seperti yang dijelaskan sebelumnya.

## e. Deasetilasi
Perubahan  kitin  menjadi  kitosan disebut  proses  deasetilasi.  Suspensi  kitin dilarutkan  dalam  50  mL  NaOH  50%  pada suhu  tetap  100℃  di  bawah  pengadukan konstan. Setelah 3-5 jam, padatan disaring, dicuci  dengan  air  dan  alkohol  80%  (v/v) hingga  pH  netral.  Kemudian  dikeringkan selama 24 jam.

## PengolahanLimbahCangkang Kopi
Limbah
cangkang kopi dikumpulkan,  dicuci  dengan  air  untuk menghilangkan  kotoran  dan  debu.  Lalu dibilas  dengan  air  deionisasi,  dijemur hingga kering. Setelah  itu dihaluskan (100 mesh),  diayak  agar  ukuran  partikelnya tetap  konstan  dan  disimpan  pada  suhu kamar  dalam  wadah  plastik  sampai  bahan digunakan.
Sintesis  Komposit  Film  Kitosan  (Ks)– Limbah Cangkang Kopi (LCK)
Sintesis komposit Ks/LCK
dilakukan dengan metode pelarutan.
Pertama,  2  gr  Ks  dilarutkan  dalam  66  mL larutan asam asetat (1,5 % v/v).
Kemudian,  larutan  Ks  dicampur  dengan  2 ml  gliserol  (Ks/Gs)  dihomogenisasi  di bawah  pengadukan  magnet  pada  suhu kamar  selama  30  menit.  Selanjutnya, ditambahkan  jumlah  spesifik  LCK  (0,  5 dan 10% dari berat kitosan dalam keadaan kering). Larutan  filmogenik dituangkan ke dalam  cetakan.  Pelarut  dihilangkan  di bawah  vakum  (40  ºC  selama  24  jam). Setelah  itu,  komposit  film  Ks/LCK
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X
dikeluarkan  dari  cetakan  dan  direndam selama  5  menit  dalam  larutan  NaOH  2  M selanjutnya  dibilas  meggunakan  akuades hingga  pH  netral.  Kemudian  dikeringkan dalam  oven  (40  ºC  selama  24  jam). Masing-masing  komposit  diberi  label sebagai Ks/LCK0, Ks/LCK 5 dan Ks/LCK10 %.
AnalisaPersiapan  Adsorpsi  Ion  Logam Cd 2+
- PembuatanLarutanStok Cd 2+ 10 ppm Serbuk  3CdSO 4 .8H2O  ditimbang sebanyak  0.00146  gram  ke  dalam beaker glass . Lalu ditambahkan aquades secukupnya.
Diaduk hingga larut kemudian dipindahkan ke dalam labu ukur 1000  mL.  Larutan  tersebut  diencerkan hingga tanda batas dan dihomogenkan.
Perlakuan Adsorpsi Ion Logam Cd 2+
Perlakuan  adsorpsi batch dilakukan dalam  labu  Erlenmeyer  250  mL.    Labu erlenmeyer diisi dengan  larutan  ion  logam Cd 2+ pada  konsentrasi  10  ppm  sebanyak 100  mL.  Kemudian  sampel  komposit ditambahkan  sebanyak  0.3  gr.  Proses adsorpsi  dilakukan  pada  pengadukan  (50 rpm)  menggunakan shaker  inkubator , dengan variasi waktu 0, 30, 60, 90 dan 120 menit. Selanjutnya sampel ion logam Cd 2+ yang  telah  melalui  tahap  adsorpsi  pada waktu  tertentu  dianalisis  konsentrasinya menggunakan  spektrofotometer  serapan atom.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui  penyerapan  optimum  oleh adsorben  komposit  film  kitosan-limbah cangkang  kopi  dalam  mengadsorpsi  ion logam Cd 2+ . Proses adsorpsi yang
digunakan adalah sistem
batch ,
menggunakan shaker  inkubator (media pengguncang)  dengan  kecepatan  50  rpm. Shaker  inkubator berfungsi  sebagai  media yang  mampu  mempertahankna  keadaan operasi  sehingga  proses  berjalan  dengan konstan. Temperatur operasi 28-30 o C yang digunakan sesuai dengan temperatur ruang. Menurut Faizal, M (2014) temperatur  ruangan  di  rasa  sesuai  dalam proses  adsorpsi  karena  semakin  tinggi temperatur  maka  adsorbat  yang  terserap oleh adsorben semakin menurun. Hal ini di karenakan  pada  suhu  yang  semakin  tinggi pergerakan  ion  logam  semakin  cepat sehingga  adsorben  mengalami  penurunan kemampuan untuk mengikat ion logam.
Komposit film kitosan-limbah cangkang kopi digunakan sebagai adsorben  untuk  menyerap  ion  logam  di dalam air limbah artifisial yang mengandung  ion  logam  Cd 2+ sebesar  10 ppm  di  preparasi  secara  stoikiometri. Beberapa  variasi  penambahan  serbuk limbah  cangkang  kopi  digunakan  sebagai filler dalam komponen film dengan variasi Ks-LCK  0%,  5%  dan  10%  dan  waktu kontak selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menit, kemudian hasil adsorpsi dianalisa menggunakan AAS.

## Parameter Adsorpsi Pengaruh Penambahan Serbuk LCK
Adsorben disentesis melalui metode  pelarutan  dengan  melarutkan kitosan  dan  asam  asetat  1.5%  kemudian dicampurkan  dengan  filler  LCK  dan ditambahkan gliserol. Pembentukan komposit tersebut bertujuan agar adsorben yang dihasilkan memiliki karakteristik dan kualitas  yang  baik  sehingga  proses adsorpsi berlangsung secara sederhana.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 120 140 ɳ (% ) Waktu (m)
Tabel 1.Pengaruhpenambahanserbuk LCK terhadapefesiensipenyerapan ion logam Cd 2+
LCK (%) Waktu (m) Concawal (Co) mg/L ɳ (%) Conc akhir (Ce) mg/L
0
0 10 0 10 30 2.039 9.79 60 14.191 8.58 90 45.995 5.40 120 84.099 1.59
5 0 10
0 10 30 5.925 9.41 60 32.028 6.79 90 72.173 2.78 120 89.965 1.003
10 0 10
0 10 30 20.807 7.91 60 39.859 6.01 90 74.138 2.59 120 92.26 0.77
Efesiensi  penyerapan  ion  logam  Cd 2+ dapat  dilihat  pada  table  1  dangambar  3.1 ditampilkanpadadalambentukgrafikdimana  persentase  reduksi  ion  logam  terus  mengalami peningkatan  berturut-turut hingga  mencapai   84.09%, 89.965% dan 92.26 % pada komposit Ks-LCK 0%, Ks-LCK 5% dan Ks-LCK 10% (waktu kontak 120 m).
Gambar 1. Efesiensi Penyerapan ion Logam Cd 2+ terhadap waktu (♦) Ks-LCK 0%, (■) Ks-LCK 5% dan (▲) Ks-LCK 10%
Dari  hasil  yang  diperoleh  penambahan  serbuk  LCK  sangat  mempengaruhi  tingkat penyerapan ion logam Cd 2+ , hal ini disebabkan karena serbuk LCK memiliki luas permukaan yang besar dan memiliki kemampuan pertukaran ion yang baik (Alhogbi, 2017).
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X
0 2 4 6 8 10 12 0 30 60 90
120
150 Ko n se n tra si A kh ir (m g/L ) Waktu (m)

## Pengaruh Waktu Kontak
Variasi  waktu  kontak  terhadap  hasil adsorpsi  ion  logam  Cd 2+ menunjukkan hasil  yang baik. Waktu kontak merupakan salah satu variabel yang sangat menentukan  sedikit  banyaknya  ion  logam yang  terserap  dalam  proses  adsorpsi. Semakin lama waktu kontak yang digunakan  maka  akan  memungkinkan berlangsungnya proses difusi dan terikatnya  adsorbat  oleh  adsorben  yang lebih banyak. Untuk mencapai kesetimbangan proses adsorpsi,
memerlukan waktu kontak untuk menyerap  adsorbat  dari  sekian  menit hingga beberapa jam.
Hasil  perolehan  adsorpsi  dapat dilihat pada gambar 3.2 yang menunjukkan adanya  pengaruh  variasi  waktu  kontak terhadap  ion  logam  yang  terserap.  Untuk semua  variasi  komposit  film,  seiring bertambahnya  waktu  maka  kadar  ion logam  Cd 2+ di  dalam  filtrat  mengalami pengurangan.  Adsorpsi  optimum  terjadi pada  menit  ke-120.  Konsentrasi  akhir  dari masing-masing  adsorben  berturut-turut Ks-LCK  0%,Ks-LCK  5%  dan  Ks-LCK 10% sebesar  1.590  mg/L, 1.003  mg/L dan 0.774 mg/L.

## KarakteristikMorfologi
Gambar 3.HasilUji SEM (a) Sebelum adsorpsi, (b) Sesudah adsorpsi
Hasil  analisa  struktur  morfologi  pada permukaan  komposit  film  Ks-LCK  10% disajikan  pada  gambar  3.  Permukaan komposit  film  terlihat  berpori  halus  dan tidak  homogen,  Tekstur  kasar  diakibatkan adanya  penambahan  serbuk  LCK  dengan larutan  film  ogenik  yang  terdiri  dari pencampuran kitosan dan gliserol. Sedangkan pada gambar (b) a b
Gambar 2. Pengaruh waktu kontak terhadap jumlah ion logam Cd 2+ yang teradsorpsi.(♦) Ks-LCK 0%, (■) Ks-LCK 5%dan (▲) Ks-LCK 10%
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X
Merupakan penampakan srtuktur permukaan  komposit  film  setelah  melalui proses  adsorpsi.  Dari  gambar  tersebut terlihat jelas struktur permukaan mengalami perubahan, dimanater bentuknya  lapisan  baru  dan terlihat seperti menyatu,sehingga  membentuk  permukaan yang  sedikit  halus  hal  ini  disebabkan karena  adanya  ion  logam  yang  terserap oleh  komposit  film  sehingga  terperangkap dan menutupi sebagian pori pada permukaan komposit film.

## Kesimpulan
Efesiensi  penyerapan  yang  baik  oleh komposit  Ks-LCK  10%  sebesar  92.26  % dan  konsentrasi  akhir  0.774  mg/L  pada waktu  kontak  120  menit.  Sehingga disimpulkan  bahwa  komposit  film  Ks- LCK  dengan  penambahan  LCK  pada penelitian  ini  dapat  digunakan  sebagai adsorben ramah lingkungan untuk menurunkan  kadar  ion  logam  Cd 2+ dalam air.

## Ucapan Terimakasih
Ucapan  terimakasih  kepada  Kementerian Riset,  Teknologi,  dan  Pendidikan  Tinggi yang  telah  menghibahkan  dana  melalui pendanan  usulan  proposal  PKM-PEtahun 2018 dan pelaksanaan tahun 2019
sehingga  telah  membantu  terlaksananya penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdillah,  A.  I.,  Darjito,  Khunur,  M.  M., 2015,  Pengaruh  pH  dan  Waktu Kontak  pada  Adsorpsi  Ion  Logam
Cd2+  Menggunakan  Adsorben  Kitin
Terikat Silang Glutaraldehid,
Kimia.Student  journal ,  1(1):  826  –
832.
Alhogbi,  B.  G.,  2017, Potential  of  coffee husk biomass waste for the adsorption  of  Pb(II)  ion  from aqueous solutions , Sustainable Chemistry and Pharmacy , 6: 21-25. Al-Senani, G. M., Al-Fawzan, F. F., 2018 .
Adsorption study of heavy metal ions from aqueous solution by nanoparticle of wild herbs. Egyptian Journal ofAquatic Research.
Anantha.,  Ratna  K.,  Kota,  Sobha,  2016.
Removal  of  lead  by  adsorption  with the renewable biopolymer composite of feather (Dromaius novaehollandiae) and chitosan (Agaricus bisporus). Environ. Technol. Innov . 6, 11-26.
Benhabiel,  MS.,  Salah  R,  H.  Lounici,  N.
Drouiche, M.F.A. Goosen, N. Mameri. 2012. Antibacterial Activity
Of Chitin, Chitosan And Its Oligomers  Prepared  From  Shrimp
Shell  Waste .  Food  Hydrocolloids.
Vol. 29, Hal.48-56.
Faizal,  M.,  Hariyani.,Fitri,  R.  M.,  (2014).
Pengolahan air limbah yang mengandung logam Cd menggunakan  komposit  adsorben dengan  bentonit  &  Fe 3 O 4 . Jurnal Teknik Kimia, 20 (3), 66-72.
Krishna, M. G.V., Naga, B. A., Kalpana, K., Ravindhranath, K., 2017.
Removal of chromium (VI) from water using adsorbent derived from spent coffee grounds. Int. Journal Environ Science Technologi.
Lessa, E. F., Gularte, M. S., Garcia, E. S.,
Fajardo,  A.  R.,  2017. Orange  waste Avaluable  carbohydrate  source  for the  development  of  beads  with enhanced  adsorption  properties  for cationic dyes. Carbohydrate Polymers, 157: 660-668.
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.02, Desember 2019 ISSN 1693-248X
Saisa,  Syabriana,  M.,  2018, Produksi Bioetanol  Dari  Limbah  Kulit  Kopi
Menggunakan  Enzim Zymomonas Mobilis Dan Saccharomyces Cereviseae . Serambi  Engineering,
III (1): 271-278.
Zhang, S. P., Dong, Y. Y., Yang, Z., Yang, W.  B.,  Wu,  J.  Q.,  Dong,  C.  2016. Adsorption  of  pharmaceuticals  on chitosan-based magnetic compositeparticles  with  core-brush topology. Chemical Engineering
Journal, 304, 325-334.