PENYISIHAN ION LOGAM MERKURI (Hg 2+ ) MENGGUNAKAN ADSORBEN BERBAHAN BAKU LIMBAH PERTANIAN DAN GULMA TANAMAN

## MERCURY ION REMOVAL USING ADSORBENTS BASED BIOMASS FROM AGRICULTURAL WASTE AND WEED PLANT
Miftahurrahmah 1 , Suhendrayatna 2* , Muhammad Zaki 2
1 Program Studi Magister Teknik Kimia, Program Pascasarjana Universitas Syiah Kuala
2 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Jalan Tgk. Syech Abdurrauf No. 7A, Kopelma Darussalam Banda Aceh, Indonesia, 23111
*Email: suhendrayatna@unsyiah.ac.id

## Abstrak
Penelitian ini dilakukan untuk mempersiapkan adsorben berbahan baku limbah pertanian dan gulma tanaman untuk menyisihkan ion logam Hg 2+ dari permukaan air. Biomass eceng gondok (limbah pertanian) dan sekam padi (gulma tanaman) dibersihkan, dikeringkan dalam oven dryer , dan dikarbonisasikan pada furnace dengan suhu 500 0 C selama 2 jam. Karbon hasil pengeringan dihancurkan hingga mendapatkan ukuran 100 mesh dan dilanjutkan proses aktivasi menggunakan 0,5 N NaOH. Proses penyerapan dilakukan dengan mencampurkan 1  gram  adsorben  pada  100  ml  sampel  air  yang  mengandung  3  ppm  ion  logam  Hg 2+ diikuti  dengan pengadukan  100  rpm,  pH  5,  dan  suhu  30 0 C.  Konsentrasi  Hg 2+ pada  permukaan  air  dianalisa  dengan menggunakan  AAS, Shimadzu  AA-6300 setiap selang  waktu  tertentu  dalam  periode  20  –  100  menit.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuan adsorben dari sekam padi mampu menurunkan konsentrasi Hg 2+ sebesar  69,91%  selama  20  menit,  sedangkan  adsorben  dari  eceng  gondok  pada  awal  proses  mampu menurunkan  konsentrasi  Hg 2+ mencapai  94,26%.  Hasil  karakterisasi  FTIR  dan  SEM  menunjukkan  bahwa adsorben  dari  eceng  gondok  mampu  menyerap  ion  logam  Hg 2+ lebih  banyak  dalam  waktu  singkat  karena mempunyai gugus fungsi yang mampu mengikat logam berat dan juga mempunyai struktur permukaan acak, dibandingkan  dengan  adsorben  dari  sekam  padi  yang  gugus  fungsinya  lebih  sedikit  dengan  struktur morfologinya yang beraturan.
Kata kunci : adsorpsi, merkuri, adsorben, limbah pertanian dan gulma tanaman

## Abstract
This  research  was  conducted  to  prepare  adsorbents  from  agricultural  and  weeds  waste  biomass  to  remove Hg 2+ metal  ions  from  water  phase.  Water  hyacinth  biomass  (agricultural  waste)  and  rice  husk  (weed)  was cleaned, dried in an oven dryer, and carbonized in a furnace at 500 o C for 2 hours. Then, dried carbon was milled to get 100 mesh of size and was followed by activation using 0.5 N NaOH. The adsorption process was conducted by mix 1 gram of activated adsorbent on a 100 ml water containing 3 ppm Hg 2+ metal ions at 100 rpm, pH 5, and 30 o C. Hg 2+ concentration in water phase were analyzed using AAS, Shimadzu AA-6300 for a specified  time  within  a  period  of  20-100  minutes.  This  study  shows  that  at  the  beginning  process  of adsorption, adsorbent from rice husk has ability to decrease 69.91% concentration of Hg 2+ for 20 minutes, while  adsorbent  from  water  hyacinth  reaches  to  94.26%.  The  characterization  results  of  FTIR  spectra  and SEM  shows  that  adsorbent  from  water  hyacinth  was  able  to  absorb  more  Hg 2+ metal  ions  in  a  short  time because  it  has  a  functional  group  that  was  able  to  bind  heavy  metals,  and  also  has  a  random  surface structure,  compared  with  the  adsorbent  from  rice  husks  that  has  less  functional  groups  with  uniform morphology structure.
Keywords :  adsorptions, mercury Hg 2+ , adsorbent, agricultural and weeds waste

## Pendahuluan
Lingkungan hidup dikategorikan sebagai daerah tercemar  jika  terjadi  perubahan  standar  baku  mutu lingkungan  meliputi  air,  tanah  dan  udara.  Hal  ini dapat terjadi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kegiatan  penambangan.  Kegiatan  penambangan menghasilkan  limbah  buangan  yang  mengandung logam  berat  seperti  Cu,  Zn,  Pb,  dan  Hg  yang dialirkan ke lingkungan perairan [5].
Limbah merkuri yang tercemar pada air terbuka akan  membahayakan  masyarakat  sekitarnya  jika tidak  dilakukan  penanganan  khusus  pengolahan limbah berbahaya. Metode adsorpsi merupakan salah satu  metode  pengolahan  konvensional  terbaik  dan sangat  umum  untuk  pengolahan  limbah  organik  dan anorganik [5,8] juga sangat mudah dalam rekonstruksi, operasi bahkan pemeliharaannya [9,12] dengan biaya operasi yang relatif murah. Penggunaan karbon  aktif  sebagai  adsorben  dengan  kapasitas penyerapan  yang  tinggi  dan  maksimal  akan
membutuhkan  biaya  yang  tinggi  pula  untuk  tahap persiapannya [6].
Pemanfaatan  limbah  pertanian  yang  digunakan sebagai  bahan  baku  adsorben  dapat  mengurangi biaya  pengolahan  limbah,  seperti  limbah  serabut kelapa,  ampas  kelapa,  limbah  jerami  padi,  sekam padi dan limbah pertanian lainnya [3,4,10]. Beberapa peneliti  melaporkan  bahwa  eceng  gondok  kering mampu  menyerap  logam  Pb 2+ [7]  dan  secara fitoremidiasi  eceng  gondok  mampu  mengabsorpsi logam  Hg 2+ [11].  Demikian  pula  halnya  dengan sekam  padi  secara  yang  mampu  menyerap  logam berat seperti Pb 2+ [1], Zn 2+ , Cu 2+ , Co 2+ , Fe 2+ [2], dan beberapa logam berat yang lain. Dalam studi ini, Tim Peneliti  melaporkan  hasil  uji  adsorben  yang dipersiapkan  dari  eceng  gondok  (limbah  pertanian) dan  sekam  padi  (gulma  tanaman)  untuk  menyerap ion merkuri (Hg 2+ ) dari fasa cair, sehingga diperoleh data perbandingan untuk adsorben dari eceng gondok dan  sekam  padi  berdasarkan  karakteristik  gugus fungsi  dan  hasil  analisa  SEM  dari  masing-masing adsorben tersebut.

## Metodologi Penelitian
Bahan
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini meliputi  Biomassa  (eceng  gondok  dan  sekam  padi) yang diperoleh dari rawa daerah Lamgugop di Banda Aceh.  Semua  bahan  kimia  yang  digunakan merupakan  bahan  murni  yang  diperoleh  secara komersial  dari  Wako  Ltd.  Peralatan  utama  yang digunakan meliputi Muffle Furnace ( Line Thermolyne ,  model:  FB1410M-33  at  1100 o C), oven dryer ( Memmert ),  timbangan  digital  ( Ohaus ),  pH meter ( Oreon ), AAS ( Atomic
Absorption Spectrophotometry; Shimadzu AA-6300 ), SEM (Scanning Electron Microscopy), dan FTIR ( Fourier Transform Infra Red; Shimadzu IR Prestige 21 ).
Variabel tetap terdiri dari temperatur pengeringan biomassa (110 o C), volume NaOH 0,5 N (500  mL),  kecepatan  pengadukan  (100  rpm), temperatur  adsorpsi  (30 o C),  dan  ukuran  partikel biomassa (<100 mesh), konsentrasi Hg 2+ 3 ppm, dan pH  5  selama  100  menit  proses  adsorpsi.  Peneliti meninjau  karateristik  morfologi  adsorben  tunggal dengan  kondisi  adsorpsi  pada  pH  asam  yang  baik untuk penyerapan ion logam [2]. Variabel berubahnya  adalah  adsorben  dari  eceng  gondok  dan sekam padi.
Preparasi Aktivasi Biomassa
Eceng  gondok  dan  sekam  padi  yang digunakan dikumpulkan, dicuci dengan aquades, dan direndam  selama  1  jam.  Biomass  selanjutnya dikeringkan  menggunakan oven  dryer hingga  berat konstan  dan  diikuti  dengan  proses  karbonisasi  pada suhu  500 0 C  menggunakan furnace selama  2  jam. Karbon yang dihasilkan dihancurkan hingga
mendapatkan  ukuran  100  mesh  dan  dilanjutkan proses  aktivasi  menggunakan  0,5  N  NaOH  dengan kecepatan 100 rpm selama 1 jam pada suhu ruangan. Setelah  proses  aktivasi,  adsorben  dicuci  dengan aquades hingga pH 7 (netral), disaring menggunakan kertas  saring,  dan  dikeringkan  menggunakan oven dryer hingga beratnya konstan.

## Proses Penyerapan
Proses penyerapan dilakukan dengan mencampurkan 1 gram adsorben pada 100 ml sampel air  yang  mengandung  3  ppm  ion  logam  Hg 2+ diikuti dengan  pengadukan  100  rpm,  pH  5,  dan  suhu  30 0 C. Konsentrasi  Hg 2+ pada  permukaan  air  dianalisa dengan  menggunakan  AAS, Shimadzu  AA-6300 setiap selang  waktu tertentu dalam periode 20  – 100 menit.

## Hasil
Penyerapan  ion  Hg 2+ oleh  sekam  padi  dan  eceng gondok
Gambar  1.  Pengaruh  Biomassa  adsorben  Terhadap Konsentrasi  Hg,  kondisi  awal  3,2  ppm,  pH  5,  dan adsorben 1 gram
Proses penyerapan dilakukan untuk mengetahui  kemampuan  adsorben  menghilangkan ion  logam  Hg 2+ ,  hasil  penelitian  (Gambar  1) menunjukkan  bahwa  kemampuan  adsorben  dari sekam  padi  menurunkan  konsentrasi  Hg 2+ sebesar 69,91%  selama  20  menit,  sedangkan  adsorben  dari eceng gondok pada awal proses mampu menurunkan konsentrasi  Hg 2+ yang  terlarut  dalam  air  mencapai 94,26%.  Pada  menit  ke-60,  penyerapan  oleh  sekam padi  meningkat  hingga  92,96%,  dan  pada  menit  ke- 80  penyerapan  semakin  meningkat  hingga  98,02%. Pada  menit  ke-100  penyerapan  Hg 2+ oleh  adsorben dari sekam padi mencapai 99,67% dan adsorben dari eceng  gondok  99,79%.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa kemampuan  penyerapan  adsorben  dari  sekam  padi membutuhkan  waktu  yang  lebih  lama  dibandingkan dengan  adsorben  dari  eceng  gondok,  sedangkan waktu  yang  lama  akan  meningkatkan  biaya pengoperasiannya.  Hasil  ini  menunjukkan  bahwa
60 65 70 75 80 85 90 95 100 20 40 60 80 100 120 p er se n ta se p en y er a p a n a d so rb en (% ) waktu (menit) sekam padi eceng gondok
adsorben  dari  eceng  gondok  lebih  baik  dalam penyerapan Hg 2+ dibandingkan dengan adsorben dari sekam padi.
Karakterisasi  Gugus  Fungsi  Adsorben  menggunakan Analisis FTIR
Gambar  2  menunjukkan  hasil  analisis  FTIR terhadap adsorben dari sekam padi dengan gugus C- H  aldehid  pada  serapan  2916,37  cm -1 dan  2738,92 cm -1 yang  merupakan  ikatan  karboksilat  medium. Pada  gelombang  1651,07  cm -1 membentuk  gugus C=C  dengan  intensitas  medium rocking. Selain  itu juga  terlihat  gelombang  dengan  ikatan  gugus  C-C pada 1101,35 cm -1 dengan intensitas sangat kecil.
Gambar  2.  Hasil  analisa  gugus  fungsi  dengan  FTIR untuk adsorben dari sekam padi
Gambar 3. Hasil analisa gugus fungsi dengan FTIR untuk adsorben dari eceng gondok
Hasil  analisis  FTIR  terhadap  adsorben  dari enceng  gondok  (Gambar  3)  terlihat  jelas  adanya gugus  karboksilat,  diantaranya  pada  kisaran  2400– 3400  cm -1 .  Terdapat  5 peak dengan  intensitas  kecil yaitu:  3010,88;  2870,08;  2519,03;  2360,87;  2341,58 cm -1 .  Pada  gelombang  1701,22  cm -1 juga  terlihat
asam  karboksilat,  C=C  dengan  intesitas  medium asimetris.  Selain  itu  ikatan  C-C  juga  terbentuk  pada serapan 1300-1000 cm -1 yang terdapat 3 peak antara lain  pada  1271,09;  1184,29;  1049,28  cm -1 .  Ikatan aromatik  C=C  juga  ditemukan  pada  panjang gelombang1556,55 dan 1539,20 cm -1 .
Secara  keseluruhan  gambaran  keduanya terlihat  serupa,  namun  kedua  adsorben  mempunyai serapan  yang  berbeda.  Berdasarkan  gambaran peak eceng  gondok,  dapat  diketahui  bahwa  eceng  gondok mempunyai  unsur  karbon  yang  lebih  banyak dibandingkan  dengan  sekam  padi.  Hasil  spektra FTIR  tersebut  menunjukkan  bahwa  eceng  gondok mempunyai  gugus  fungsi  amino  lebih  banyak sehingga  berpotensi  besar  untuk  mampu  menyerap logam  merkuri  lebih  banyak  dibandingkan  sekam padi.

## Karakterisasi Adsorben menggunakan Analisis SEM
Gambar 4(a) menujukkan penampakan random adsorben dari eceng gondok yang menampilkan  struktur  morfologi  acak,  sebagian berbentuk  selindir  tabung,  dan  sebagian  berbentuk tidak  beraturan.  Pada  Gambar  4(b)  terlihat  hanya sedikit  permukaan  yang  kosong  dengan  ukurannya yang  membesar.  Hal  itu  terjadi  karena  permukaan adsorben  telah  tertutup  oleh  ion  logam  Hg 2+ dari larutan.
Gambar  4.  Adsorben  dari  eceng  gondok  (a)  sebelum adsorpsi (b) sesudah adsorpsi
Pada  Gambar  5(a)  dapat  dilihat  bahwa adsorben  berbahan  baku  sekam  padi  memiliki
Panjang Gelombang cm -1
% T % T Panjang Gelombang, cm -1 A B
struktur  morfologi  berbentuk  selinder  dan  relatif seragam.  Hasil  analisa  dengan  SEM  menunjukkan bahwa permukaan adsorben dari sekam padi berserat, berpori,  tidak  teratur,  mempunyai  struktur  poros berbeda-beda,  dan  karakteristik  ini  dapat  menjadi kondisi  optimal  dalam  penyerapan  ion  logam  Hg 2+ . Berdasarkan  hasil  adsorpsi  yang  dilakukan  dan pengamatan  karakteristik  adsorben  disimpulkan bahwa  eceng  gondok  mampu  menyerap  ion  logam Hg 2+ lebih  banyak  dalam  waktu  singkat  karena memiliki  gugus  fungsi  yang  mampu  mengikat  ion logam Hg 2+ , dan juga mempunyai struktur permukaan yang acak dibandingkan dengan adsorben sekam padi yang memiliki gugus fungsi lebih sedikit dengan struktur morfologinya yang beraturan.
Gambar  5.  Adsorben  dari  sekam  padi  (a)  sebelum adsorpsi (b) sesudah adsorpsi

## Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Eceng  gondok  memiliki  gugus  karboksilat lebih banyak dibandingkan sekam padi;
2. Eceng  gondok  memiliki  struktur  morfologi acak, sedangkan sekam padi memiliki struktur seragam; dan
3. Hasil  proses  adsorpsi  menunjukkan  bahwa eceng  gondok  lebih  banyak  menyerap  ion logam Hg 2+ dibandingkan dengan sekam padi.

## Ucapan Terima Kasih
Peneliti  mengucapkan  terima  kasih  kepada Universitas  Syiah  Kuala  yang  telah  membiayai sepenuhnya  penelitian  ini  sesuai  dengan  Surat Perjanjian Penugasan Pelaksaaan Penelitian Nomor : 1713/UN11/SP/PNBP/2016 Tahun 2016.

## Daftar Pustaka
[1]  Abdurrahman,  Suhendrayatna,  D.S.,  Syahiddin (2016). Pengaruh   Aktivasi  Adsorben Biomassa Terhadap Gugus Hidroksil Pada Proses Adsorpsi Ion  Logam  Timbal  (Pb).  Jurnal  Teknik  Kimia USU, Vol. 5, No. 3 (September 2016), pp. 7-11.
[2]  A. K. Giri, R. Patel, and S. Mandal, Removal of Cr(VI)  from  aqueous  solution  by Eichhornia crassipes root biomass-derived activated carbon, Chem. Eng. J. , 185, (2012) 71–81.
[3]   A. Bhatnagar, V.J.P. Vilar, C.M.S. Botelho, and R.A.R.  Boaventura,  Coconut-based  Biosorbents For  Water  Treatment;  a  review  of  the  recent literature.  Advances  in  Colloid  and  Interface Science, 160(1-2), (2010) 1–15.
[4] A. Dada, A. Olalekan, A. Olatunya, and O. Dada, Langmuir,  Freundlich,  Temkin  and  Dubinin  – Radushkevich  Isotherms  Studies  of  Equilibrium Sorption  of  Zn 2+ Unto  Phosphoric  Acid Modified  Rice  Husk.  IOSR  Journal  of  Applied Chemistry, 3(1), (2012) 38–45.
[5]  Darmono,  Lingkungan  Hidup  dan  Pencemaran Hubungannya  dengan  Toksikologi  Senyawa Logam,  Penerbit  Universitas  Indonesia  Press. Jakarta, 2001, p. 46.
[6]  M.H.  Karaoǧlu,  M.  Doǧan,  and  M.  Alkan, Removal  of  Reactive  Blue  221  by  Kaolinite from Aqueous Solutions, Industrial &
Engineering  Chemistry  Research,  49(4),  (2010) 1534–1540.
[7]  M.  Faisal,  Efisiensi  Penyerapan  Logam  Pb 2+ dengan  Menggunakan  Campuran  Bentonit  Dan Enceng  Gondok,  Jurnal  Teknik  Kimia  USU, Vol. 4, No. 1 (Maret 2015), pp. 20-25.
[8] Sumanjit, Seema, R.K. Mahajan, and V.K. Gupta, Modification of surface behaviour of Eichhornia crassipes  using  surface  active  agent:  An adsorption study. J. of Industrial and Engineering Chemistry, 21, (2015) 189–197.
[9]  S.  Yu,  L.  Zhai,  Y.  Wang,  X.  Liu,  L.  Xu,  and  L. Cheng,  Synthesis  of  magnetic  chrysotile nanotubes  for  adsorption  of  Pb(II),  Cd(II)  and Cr(III)  ions  from  aqueous  solution.  Journal  of Environmental  Chemical  Engineering, 3 (2),
(2015) 752–762.
[10]  S.A.  Sadeek,  N.A.  Negm,  H.  Hefni,  and  M.A. Wahab,  Metal  adsorption  by  agricultural biosorbents:  Adsorption  isotherm,  kinetic  and biosorbents  chemical  structures.  International Journal  of  Biological  Macromolecules,  81, (2015) 400–409.
[11]  Suhendrayatna,  H.  Marlina,  M.  Zaki,  M.,  and Elvitriana,  Uptake of Mercury Ion in a Wetland
B
A
Plant,  Canna,  Proceedings  of  The  5th  Annual International Conference Syiah Kuala University (AIC Unsyiah) 2015 In conjunction with The 8th
International
Conference
of Chemical
Engineering  on  Science  and  Applications
(ChESA), Banda Aceh, 2015, 9–12.
[12] V.K. Gupta, I. Ali, T.A. Saleh, A. Nayak, and S. Agarwal,  Chemical  Treatment  Technologies  for Wastewater Recycling; an overview. RSC Adv., 2(16), (2012) 6380–6388.