## PERAN GUGUS FUNGSI PADA ADSORPSI ZAT WARNA MENGGUNAKAN PASIR SUNGAI
Puguh Setyopratomo * , Endang Srihari, Rudy Agustryanto, Muhammad Tan’im Nur Alam Hudin, Ricardo Sihombing
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Surabaya Jl. Raya Kalirungkut Surabaya 60293, Jawa Timur, Indonesia, Telp. 031-2981158
* Penulis korespondensi: puguh@staff.ubaya.ac.id

## Abstrak
Konsumsi  zat  warna  sintetik  sangat  besar  karena  biasa  digunakan  di  berbagai  jenis  industri  seperti industri tekstil, kosmetik, makanan, kertas, karpet dan plastik. Keberadaan zat warna tersebut di lingkungan yang berasal dari limbah cair dapat membahayakan kesehatan manusia. Penelitian ini menguji kemampuan pasir sungai dalam mengadsorpsi zat warna. Digunakan pasir sungai dengan pertimbangan ketersediaan yang melimpah dengan harga yang sangat murah. Lima jenis zat warna diuji pada penelitian ini yang terdiri dari 2 macam  zat warna cationic yaitu methylene blue dan basic blue, dan 3 macam zat warna anionic yaitu methyl orange, acid blue, acid violet. Adsorpsi dilakukan secara batch pada suhu dan tekanan ruang. Hasil penelitian menunjukkan  bahwa  kapasitas  adsorpsi  dan  persen  removal  pada  adsorpsi  zat  warna  cationic  lebih  tinggi disbanding zat warna anionic.  Adanya gugus hidroksil, dan alkil pada pasir sungai yang dapat terdisosiasi menjadi bermuatan negatif menimbulkan terbentuknya ikatan etlektrostatik yang kuat antara pasir sungai dan zat warna cationic.
Kata kunci: adsorpsi; gugus fungsi; pasir sungai; zat warna

## THE ROLE OF FUNCTIONAL GROUPS IN ADSORPTION OF DYES USING RIVER SAND

## Abstract
The consumption of synthetic dyes is very large since they are could be used in various types of industries such as the textile, cosmetic, food, paper, carpet and plastic industries. Meanwhile, the presence of dyes in the environment that comes from wastewater can harm human health. This research work study the ability of river sand to adsorb dyes. The reason for using river sand as an adsorbent is because it is abundant and very cheap. Five types of dyes were observed in this study consisting of two kinds of cationic dyes, namely methylene blue and basic blue, and three kinds of anionic dyes, namely methyl orange, acid blue, and acid violet. Adsorption was carried out in batch at room temperature and pressure. The results showed that the adsorption capacity and percent removal of cationic dyes were higher than those of anionic dyes. The presence of hydroxyl and alkyl  groups  in  river  sand  which  can  be  dissociated  to  become  negatively  charged  causes  the  formation  of strong electrostati.
Keywords: adsorption; cluster of function; sand river; dyes

## PENDAHULUAN
Zat  warna  merupakan  salah  satu  komoditas penting  dalam  dunia  industri.  Zat  warna  adalah senyawa  yang  dipergunakan  dalam  bentuk  larutan atau dispersi  pada suatu  bahan lain. Penggunaan zat warna  di  dunia  industri  antara  lain  di  industri makanan, tekstil,  kulit, kertas, percetakan dan poduk kecantikan (Robati et al., 2016)
Zat  warna  yang  biasa  digunakan  dalam industri  terbagi  menjadi  dua  bagian  menurut  bahan
utama zat warna, yakni zat warna alami dan zat warna sintetis. Zat warna alami didapatkan dari bahan-bahan yang  ada  di  alam  dengan  pengolahan  tertentu. Umumnya  proses  yang  dilakukan  untuk  pengolahan zat  warna  yakni  ekstraksi  dari  berbagai  bagian tumbuhan  seperti  daun,  bunga,  buah,  kulit  kayu, kayu,  akar,  biji,  dan  bunga.    Pada  sebagian  besar industri makanan, terutama industri tradisional, tidak melakukan  pengolahan  khusus  untuk  mendapatkan zat warna dari suatu bahan agen pewarna. Zat warna sintetis  diperoleh  dari  reaksi-reaksi  kimia  tertentu.
Hal itu memberikan kelebihan bagi zat warna sintetis yakni  kestabilan  dan  kemudahan  dalam  aplikasi. Kebutuhan akan zat warna yang semakin meningkat di  industri  membuat  zat  warna  sintesis  sering digunakan, pemilihan zat warna sintesis dikarenakan memiliki  keuntungan  sebagai  berikut,  warna  yang tidak  mudah  luntur,  ekonomis,  memiliki  rentang warna  yang  lebih  besar.  Tahan  lama  dan  hasil pewarnaan  yang  lebih  kuat.  Selain  memiki  banyak sisi  positif  zat  warna  sintesis  juga  memiliki  sisi negatif  antara  lain,  tidak  mudah  terdegradasi,  dan bersifat  karsiogenik.  Sifat  karsiogenik  dan  dapat mengancam kehidupan ekosistem air dikarenakan zat warna sintesis 60 – 70 % mengandung gugus Azo. Zat warna Azo merupakan aromatik turunan hidrokarbon dari  benzena  toluena,  naftalena,  fenol  dan  anilin (Elsagh et al ., 2017).
Dampak buruk zat warna bagi makhluk hidup tersebut  tentunya  mendorong  manusia  untuk  terus mengembangkan  metode  dalam  rangka  mereduksi dampak  negatifnya  terhadap  manusia  dan  lingku- ngan.  Koagulasi,  flokulasi,  pertukaran  ion,  filtrasi dengan membran, ekstraksi dan adsorpsi merupakan beberapa  metode  yang  telah  dikembangkan  hingga saat  ini  untuk  mengurangi  dampak  tersebut  (Sadri Moghaddam, Alavi Moghaddam dan Arami, 2010).
Adsorpsi merupakan salah satu metode yang sering  digunakan  dalam  pengolahan  air  karena aplikasi  yang  mudah,  tidak  memerlukan  biaya  yang tinggi  dan  kemudahan  dalam  pemeliharaan  dan perawatan (Elsagh et al ., 2017). Adsorben yang kerap digunakan dalam proses adsorpsi yakni karbon aktif. Karbon  aktif  memiliki  keunggulan  antara  lain kemampuan  adsorpsi  yang  baik,  kontaminasi  yang sangat  rendah,  serta  sifat  non-toksik  yang  sangat diperlukan  dalam  pengolahan  air  minum  dan  air limbah  (Noorimotlagh et  al .,  2019).  Namun  dalam aplikasinya  skala  industri,  penggunaan  karbon  aktif memiliki  kelemahan  karena  biayanya  yang  sangat tinggi. Oleh karena itu hingga saat ini riset mengenai adsorben  alternatif  masih  terus  dilakukan  dalam rangka menekan biaya operasi (Wang et al ., 2018). Salah satu alternatif adsorben yang dipandang memiliki  prospek  yang  bagus  adalah  pasir  sungai. Berbagai macam faktor yang mendukung yakni keter- sediaan  yang  besar  dan  harga  yang  relatif  sangat murah. Keunggulan lain yaitu efisiensi yang dihasil- kan  relatif  tinggi,  luas  permukaan  yang  tinggi, stabilitas, serta ketahanan mekanis yang baik (Sharma et  al ., 2019). Penelitian ini  dilakukan dengan  tujuan untuk  mengetahui  kapasitas  adsorpsi  dan  persen removal pasir sungai dalam mengadsorpsi zat warna. Dua  jenis  zat  warna,  yaitu  zat  warna cationic dan anionic diobservasi pada penelitian ini

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Penyiapan adsorben
Sebagai adsorben digunakan pasir sungai yang diperoleh dari Sungai Tugu, Trenggalek, Jawa Timur. Pasir  sungai  digiling  kemudian  dipisahkan  untuk mendapatkan  fraksi  ukuran  yang  lolos  saringan  140 mesh dan tertahan saringan 200 mesh (kisaran ukuran partikel  74  -105µm).  Pasir  kemudian  dicuci  dengan air  beberapa  kali  untuk  memisahkan  komponen  lain yang  menempel  kemudian  dikeringkan  dalam  oven pada suhu 110 o C selama semalam.

## Penyiapan adsorbat
Bubuk  zat  warna,  yang  terdiri  dari  2  macam zat  warna cationic yaitu methylene  blue dan basic blue dan  3  macam  zat  warna anionic yaitu methyl orange , acid blue , acid violet diperoleh dari pemasok lokal. Larutan metilen biru disiapkan dengan melarut- kan  bubuk  metilen  biru  dalam  aquadest,  kemudian mengencerkannya  hingga  tercapai  konsentrasi  yang diinginkan.

## Alat
Analisa  konsentrasi  zat  warna  dilakukan secara spektrofotometri dengan menggunakan spektrofotometer  UV-Vis  Genesys  150  Thermo Scientific.  Observasi  jenis  gugus  fungsi  yang  ada pada  pasir  sungai  dilakukan  dengan  menggunakan Fourier-transform  infrared  spectroscopy  IRSpirit FTIR spectrophotometers - shimadzu.

## Prosedur
Percobaan  adsorpsi  dilakukan  dalam  sistem batch pada suhu kamar 30 o C. Dalam setiap percobaan adsorpsi,  100gr  adsorben  digunakan  dalam  400ml larutan metilen biru. Adsorpsi dilakukan dalam gelas kimia  500ml  dan  diaduk  dengan  kecepatan  putar konstan  120rpm  menggunakan magnetic  stirrer . Sampel  diambil  sebanyak  3ml  pada  waktu  tertentu dengan  menggunakan syringe kemudian  sampel disentrifugasi  dengan  kecepatan  putaran  1500rpm untuk  memisahkan  padatan  yang  terbawa  sebelum diukur absorbansinya. Konsentrasi metilen biru pada sampel  diukur  menggunakan  spektrofotometer  UV- vis  Genesys  150  Thermo  Scientific  pada  panjang gelombang maksimum 665 nm.
Jumlah zat warna metilen biru yang teradsorp- si  pada  pasir  disebut  sebagai  penyerapan  zat  warna ( dye  uptake )  yang  dapat  dihitung  menggunakan korelasi persamaan 1.
𝑞 = 𝐶 𝑜 −𝐶 𝑊 𝑉 ………………. ………………………(1)
Besarnya  penyerapan  zat  warna  pada  saat kesetetimbangan  tercapai  disebut  sebagai  kapasitas adsorpsi.  Adapun  persen  penghilangan  zat  warna (persen  removal)  dihitung  dengan  menggunakan korelasi pada persamaan 2.
% 𝑝𝑒𝑛𝑔ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑧𝑎𝑡 𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎 = 𝐶 𝑜 −𝐶 𝐶 𝑜 𝑥 100% .....(2)
Dimana, q adalah  penyerapan  zat  warna  (mg/g), C adalah  konsentrasi  zat  warna  setiap  saat  (mg/liter), Co, konsentrasi zat warna awal (mg/liter), V, volume larutan (liter), dan W: massa adsorben (g ).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kapasitas Adsorpsi dan Persen Removal
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui profil  penurunan  kadar  zat  warna  meliputi  persen removal  dan  kapasitas  adsorpsi  menggunakan  pasir sungai.  Kemampuan  adsorpsi  pasir  sungai  diujikan pada 5 jenis zat  warna yaitu methylene blue, methyl orange,  acid  blue,  acid  violet dan basic  blue . Adsorpsi  dilakukan  dengan  konsentrasi  awal  zat warna  pada  rentang  antara  85–87ppm.  Profil penurunan  konsentrasi  zat  warna  selama  proses adsorpsi disajikan pada Gambar 1. Dari profil tersebut dapat dilihat bahwa zat warna basic blue mengalami penurunan  konsentrasi  lebih  banyak  dibandingkan dengan zat warna lain, dimana konsentrasi akhir yang dicapai mencapai 53ppm.
Gambar 1. Profil penurunan konsentrasi zat warna
Dari  data  penurunan  konsentrasi  zat  warna selama  adsorpsi  tersebut  dapat  ditentukan  besarnya kapasitas  adsorbsi  dan  persen  removal.  Kapasitas adsorpsi merepresentasikan kuantitas zat warna yang bisa diadsorp oleh adsorben yang dinyatakan sebagai mg  zat  warna  yang  terserap  per  gr  adsorben  pasir sungai.  Sedangkan  persen  removal  merepresenta- sikan persentase zat warna dalam cairan yang mampu berhasil dipisahkan. Kedua parameter tersebut  pada umumnya  digunakan  sebagai  tolok  ukur  kinerja suatau adsorben dalam memisahkan suatu solute dari fasa  cair.  Hasil  perhitungan  kapasitas  adsorbsi  dan persen  removal  dari  seluruh  zat  warna  yang  diuji pada  penelitian  ini  disajikan  masing-masing  pada
Tabel 1 dan Tabel 2. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa  untuk  zat  warna basic  blue dan methylene blue menghasilkan  kapasitas  adsorpsi  dan  persen removal yang lebih tinggi dibandingkan 3 zat warna lain.
Zat  warna dapat  diklasifikasikan menjadi  zat warna anionic dan cationic .  Zat  warna anionic merupakan  zat  warna  yang  memiliki  gugus  fungsi sulfonat  dan  cincin  aromatik.  Zat  warna anionic memiliki sifat yang larut dalam air dan mengandung ion  negatif.  Yang  termasuk  kelompok  zat  warna anionic diantaranya  adalah reactive  blue 49 , ramazol  brilliant  blue , congo  red,  acid  blue  117, methyl  orange dan acid  orange 67  (Goswami  dan Phukan, 2017).
Zat  warna cationic memiliki  ion  bermuatan positif dan ketika larut dalam air akan menghasilkan kation  berwarna  dalam  larutan.  Salah  satu  jenis  zat warna cationic adalah basic  dyes . Basic  dyes digunakan  pada  akrilik,  kertas,  dan  substrat  nilon. Contoh  zat  warna basic  dyes adalah basic  blue 26, basic  green 1, basic  yellow 2  dan basic  red 1 (Mohammadi dan Veisi, 2018).

## Tabel 1. Kapasitas adsorpsi pada berbagai zat warna
Zat Warna Kapasitas Adsorpsi (mg/g) Methylene Blue 6,924 Acid Violet 3,992 Acid Blue 3,170 Methyl Orange 3,813 Basic Blue 8,687 Tabel  2 .  Persen  removal  zat  warna  untuk  berbagai jenis zat warna Zat Warna Persen Removal Methylene Blue 22,6% Acid Violet 11,7 % Acid Blue 9,3% Methyl Orange 10,8% Basic Blue 29.0 %
Pada  Tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  kapasitas adsorpsi  pasir  untuk  zat  warna methylene  blue sebesar 6,924 mg/g, acid violet sebesar 3,992 mg/g, acid blue sebesar 3,170 mg/g, methyl orange sebesar 3,813 mg/g dan basic blue sebesar 8,687 mg/g. Hasil tersebut  menunjukkan  bahwa  kapasitas  adsorpsi dipengaruhi  oleh jenis zat  warna. Lebih  lanjut  hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi pada  zat  warna methylene  blue dan basic  blue nilainya  lebih  tinggi  dibanding  pada  zat  warna lainnya.  Identik  dengan  hal  ini,  pada  Tabel  2  dapat dilihat  bahwa  persen removal pada  zat  warna methylene  blue sebesar  22,6%, acid  violet sebesar 11,7%, acid  blue sebesar  9,3%, methyl  orange
50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 ko ns ent ra si (ppm) waktu (menit) Methyl Orange Acid Blue Acid Violet Basic Blue Methylene Blue
sebesar 10,8%, dan basic blue sebesar 29,0 %. Hasil ini menunjukkan bahwa jenis zat warna sangat mem- pengaruhi  persen removal -nya.  Pada  zat  warna methylene blue dan basic blue menghasilkan persen removal terbesar.  Zat  warna methylene  blue dan basic blue adalah zat warna cationic yang memiliki gugus  positif  sehingga  ketika  bertemu  pasir  yang memiki  kandungan  gugus  hidroksil,  dan  alkil  yang dapat  terdisosiasi  menjadi  bermuatan  negatif mendorong  ikatan  elektrostatik  antara  zat  warna yang  memilki  gugus  positif  (Sharma et  al .,  2019). Hasil  persen removal terendah  didapat  pada  zat warna acid  violet , acid  blue ,  dan methyl  orange dikarenakan  adanya  gugus sulphonate pada  zat warna anionic tersebut yang juga memberikan gugus negatif  ketika  terdisosiasi  dengan  air  (Yönten, Sanyürek dan Kivanç, 2020). Adanya jenis ion yang sama  membuat  ikatan  elektrostatik  tidak  mudah terjadi  sehingga  persen removal -nya  lebih  rendah (Darwish, Rashad dan AL-Aoh, 2019).

## Karakterisasi Adsorben dengan FTIR
Pada  penelitian  ini  dilakukan  analisis  karak- teristik  adsorben  pasir  sungai  dengan  metode  FTIR (Fourier  transform  infra-red  spektrofotometri). Spektrum  FTIR  yang  dihasilkan  ditunjukkan  pada Gambar  2  dan  referensi  terkait  identifikasi  jenis gugus disajikan pada Tabel 3.
Gambar 2 . Spektrum FTIR pasir sungai
Tabel 3 . Identifikasi jenis gugus dari spektrum FTIR
Gugus Puncak (cm -1 ) Sumber O-H stretch 3444 (Sharma et al., 2019). C-H stretch 2907 (Hanafiah et al., 2012). O-H bend 1631 (Sharma et al., 2019). Si-O-Si strech 1000-1250 (Gil et al., 2020). Si-O-Si bend 797 (Chaari et al., 2018).
Spektrum  FTIR  direkam  pada  rentang  4000 cm -1 hingga  500  cm -1 .  Analisa  spektrum  FTIR  pasir sungai  tersebut  menunjukkan  bahwa  pasir  sungai memiliki gugus O-H dan Si-O-Si sebagi gugus utama.
Gugus yang terbaca adalah O-H stretch (peregangan) pada 3438,17 cm -1 , C-H stretch pada 2700 dan 2910 cm -1 ,  C-H  bending  pada  1383,9  cm -1 ,  Si-O-Si assymetric strech pada 1084,98cm -1 dan 1036,76cm -1 Si-O-Si bend pada 778,29 cm -1 dan 796,61 cm -1 . Hasil analisa FTIR pasir sungai tersebut menunjukkan ada- nya gugus hidroksil, dan alkil yang dapat terdisosiasi menjadi  bermuatan  negatif  yang  dapat  membentuk ikatan  elektrostatik  dengan  zat  warna  yang  memilki gugus  positif  yaitu  zat  warna  cationic.  Hasil  analisa FTIR  ini  memperkuat  penjelasan  mengapa  persen removal  untuk  zat  warna methylene  blue dan basic blue , yang merupakan zat warna cationic , lebih tinggi dari jenis zat warna lainnya.

## SIMPULAN
Penelitian ini telah menunjukkan bahwa gugus kimia yang dimiliki suatu adsorben mempunyai peran yang  sangat  penting  pada  proses  adsorbsi.  Sebagai- mana  ditunjukkan  dari  analisa  FTIR,    pasir  sungai terbukti  memiliki  gugus  hidroksil  dan  alkil  yang memiliki  muatan  negatif.  Dengan  demikian,  dalam aplikasi  untuk  adsorbsi  zat  warna,  adsorben  pasir sungai akan menunjukkan kapasitas penyerapan yang lebih  baik  untuk  zat  warna  yang  memiliki  muatan positif. Hal  ini telah dibuktikan dari  hasil penelitian ini bahwa kapasitas adsorpsi dan persen removal pada penggunaan  pasir  sungai  untuk  adsorpsi  zat  warna menunjukkan hasil yang lebih tinggi pada zat warna jenis cationic ,  yaitu  yang  memiliki  muatan  positif dalam hal  ini methylene blue dan basic blue , diban- ding zat warna anionic yang memiliki muatan negatif.

## DAFTAR PUSTAKA
Darwish,  A.  A.  A.,  Rashad,  M.  and  AL-Aoh,  H. A. (2019) ‘Methyl orange adsorption comparison  on  nanoparticles:  Isotherm, kinetics,  and  thermodynamic  studies’,  Dyes and  Pigments.  Elsevier  Ltd,  160,  pp.  563– 571. doi: 10.1016/j.dyepig.2018.08.045.
Elsagh, A. et al. (2017) ‘Evaluation of the potential cationic  dye  removal  using  adsorption  by graphene and carbon nanotubes as adsorbents surfaces’, Arabian Journal of Chemistry, 10, pp. S2862–S2869.
doi: 10.1016/j.arabjc.2013.11.013.
Goswami,  M.  and  Phukan,  P.  (2017)  ‘Enhanced adsorption  of  cationic  dyes  using  sulfonic acid  modified  activated  carbon’,  Journal  of Environmental Chemical Engineering. Elsevier  B.V.,  5(4),  pp.  3508–3517.  doi:
10.1016/j.jece.2017.07.016.
Mohammadi,  A.  and  Veisi,  P.  (2018)  ‘High adsorption  performance  of  β-cyclodextrin- functionalized multi-walled carbon nanotubes  for  the  removal  of  organic  dyes from  water  and  industrial  wastewater’,
35 40 45 50 55 60 0 1000 2000 3000 4000 5000 cm -1 %T
Journal of Environmental Chemical Engineering.  Elsevier,  6(4),  pp.  4634–4643. doi: 10.1016/j.jece.2018.07.002.
Noorimotlagh, Z. et al. (2019) ‘Adsorption of textile dye in activated carbons prepared from DVD and  CD  wastes  modified  with  multi-wall carbon  nanotubes:  Equilibrium  isotherms, kinetics and thermodynamic study’, Chemical Engineering Research and Design. Institution  of  Chemical  Engineers,  141,  pp. 290–301. doi: 10.1016/j.cherd.2018.11.007. Robati,  D.  et  al.  (2016)  ‘Adsorption  behavior  of methylene blue dye on nanocomposite multi- walled  carbon  nanotube  functionalized  thiol (MWCNT-SH) as new adsorbent’, Journal of Molecular  Liquids.  Elsevier  B.V.,  216,  pp. 830–835. doi: 10.1016/j.molliq.2016.02.004.
Sadri Moghaddam, S., Alavi Moghaddam, M. R. and Arami,  M.  (2010)  ‘Coagulation/flocculation process  for  dye  removal  using  sludge  from water  treatment  plant:  Optimization  through
response  surface  methodology’,  Journal  of Hazardous Materials, 175(1–3), pp. 651–657. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.10.058.
Sharma,  A.  et  al.  (2019)  ‘Adsorption  of  textile wastewater on alkali-activated sand’, Journal of Cleaner Production. Elsevier Ltd, 220, pp. 23–32. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.01.236.
Wang,  B.  et  al.  (2018)  ‘Impregnation  of  multiwall carbon nanotubes in alginate beads dramatically enhances their adsorptive ability to  aqueous  methylene  blue’,  Chemical Engineering Research and Design. Institution of  Chemical  Engineers,  133,  pp.  235–242. doi: 10.1016/j.cherd.2018.03.026.
Yönten,  V.,  Sanyürek,  N.  K.  and  Kivanç,  M.  R.
(2020)  ‘A  thermodynamic  and  kinetic approach to adsorption of methyl orange from aqueous  solution  using  a  low  cost  activated carbon  prepared  from  Vitis  vinifera  L.’,
Surfaces  and  Interfaces,  20(April),  pp.  1–8. doi: 10.1016/j.surfin.2020.100529.