-01_04 Amaria

Akta Kimindo Vol. 2 No. 2 Oktober 2007: 63-74

Akta Kimindo Vol. 2 No. 2 April 2007: 63 – 74AKTA KIMIA

INDONESIA

Adsorpsi Seng(II) Menggunakan Biomassa Saccharomyces cerevisiaeyang Diimobilisasi pada Silika Secara Sol Gel‡

Amaria1,*, Rudiana Agustini1, Sari Edi Cahyaningrum1, Sri Juari Santosa2 dan Narsito2

1 Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Negeri Surabaya, Gd. C-3, Kampus UNESA Ketintang, Surabaya.2 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

ABSTRAKAdsorpsi seng (II) menggunakan biomassa Saccharomyces cerevisiae yang diimobilisasi pada

silika secara sol gel telah diteliti. Biomassa Saccharomyces cerevisiae diperoleh dari limbah fermentasiindustri bir. Pada penelitian ini, kestabilan biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil terhadap keasamanmedium diuji dan faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil,seperti pengaruh pH sistem, waktu adsorpsi, konsentrasi awal seng (II) diuji. Sebagai pembandingdilakukan percobaan yang sama terhadap biomassa Saccharomyces cerevisiae non imobil. Mekanismeadsorpsi seng (II) yang terjadi pada kedua adsorben juga dikaji dengan cara mendesorpsi secara berurutanseng (II) yang telah teradsorpsi dengan pelarut-pelarut yang spesifik. Kadar seng (II) hasil adsorpsi diukurdengan alat Spektrofotometer Serapan Atom.

Hasil–hasil penelitian menunjukkan bahwa: 1) Kestabilan Saccharomyces cerevisiae imobilterhadap keasaman medium (pH 2-12) adalah relatif tetap, yaitu sebesar 89-90%, sedang untukSaccharomyces cerevisiae non imobil kestabilannya pada pH 2-10 adalah 87,96-88,56% dan pada pH 11-12 menurun, menjadi 84,24 –73,96%, 2) Pengaruh waktu terhadap daya adsorpsi seng (II) oleh keduaadsorben relatif sama, dan adsorpsi cenderung konstan pada menit ke 60, dengan jumlah adsorpsi seng(II) oleh biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil dan non imobil masing-masing sebesar 2,70 dan2,74 mg/g, 3) Pengaruh konsentrasi awal seng (II) dengan penerapan isoterm Langmuir diperoleh hargakapasitas adsorpsi untuk biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil dan non imobil adalah sebesar 8,53mg/g dan 15, 10 mg/g, 4) Mekanisme adsorpsi seng (II) pada biomassa Saccharomyces cerevisiae imobildan non imobil didominasi oleh mekanisme pemerangkapan.

Kata kunci : Adsorpsi, imobilisasi, Saccharomyces cerevisiae, seng (II)

ABSTRACTZinc (II) adsorption using Saccharomyces cerevisiae biomass immobilized on silica sol-gel was

investigated. Saccharomyces cerevisiae biomass was extracted from beer waste industry. In this research,the stability of biomass on an acidic media was examined. Effect of various parameters such as pH, contacttime and initial zinc concentration were also determined. For comparison, non immobilized Saccharomycescerevisiae biomass was used. Adsorption mechanism of both immobilized and non-immobilizedSaccharomyces cerevisiae were studied by conducting desorption of adsorbed zinc using specific solvents.Zinc concentration was analyzed using atomic adsorption spectrophotometer (AAS).

Results indicate that 1) stability of immobilized Saccharomyces cerevisiae on acidic media (pH 2-12) was relatively constant, which was 89-90%. Stability of non-immobilized Saccharomyces cerevisiae atpH 2 to 10 was 87.96 to 88.56%, whereas at pH 11 to 12, it decreased to become 84.24 to 73.96%. 2)Effect of contact time on the zinc adsorption of both adsorbents was similar. Adsorption was constant at60th minutes and adsorbed zinc concentration by immobilized and non-immobilized Saccharomycescerevisiae were 2.70 and 2.74 mg/g, respectively. 3) Effect of initial concentration of zinc (II) was

studied

‡ Makalah ini disajikan pada Seminar Nasional Kimia VIII,di Surabaya 8 Agustus 2006

* Corresponding author Phone : 031-8298761-; Fax : 031-5475332 ; e-mail : [email protected]

© Kimia ITS – HKI Jatim 63

Amaria, Rudiana, Edi, Santosa dan Narsito - Adsorpsi Seng(II) Menggunakan Biomassa Saccharomyces cerevisiae

yang diimbobilisasi pada Silika secara Sol Gel

using Langmuir isotherm. Adsorption capacities for immobilized and non-immobilized Saccharomycescerevisiae were 8.53 mg/g and 15.10 mg/g, respectively. 4) Adsorption mechanisms of immobilized andnon-immobilized Saccharomyces cerevisiae were dominated by capturing mechanism.

Keyword : Adsorption, immobilization, Saccharomyces cerevisiae, zinc (II)

PENDAHULUANBerbagai bahan mikroorganisme seperti

bakteri, yeast, alga dan fungi kini telah berhasildigunakan sebagai biosorben untukmenghilangkan logam-logam berat (Kapoor &Viraraghavan, 1998 dan Volesky, 1994). Bailey, etal (1999) membuktikan penggunaan sorben yangmurah karena kelimpahannya terdapat di alamatau hasil samping atau limbah dari prosesfermentasi industri bir. Yeast telah diteliti olehpeneliti-peneliti (Gad, 1990; Suh, et al., 1998 danKim, et al., 2005) untuk dimanfaatkan sebagaiadsorben (biosorben) ion-ion logam berat. Dalampenelitian ini biomassa sel Saccharomycescerevisiae diperoleh dari limbah cair prosesfermentasi industri bir. Biomassa dari selSaccharomyces cerevisiae (kering/mati) yangdigunakan secara langsung, masih memilikikelemahan antara lain: sangat lembek danlengket ketika diinteraksikan dengan larutan ionlogam (Amaria dkk.,2003), sehingga sulitdilakukan pemisahan kembali ion-ion logam dariadsorbennya dan biomassa mudah rusak karenadekomposisi oleh mikroorganisme lain. Olehkarena itu untuk menghilangkan kelemahan-kelemahan ini dicoba dilakukan imobilisasiterhadap sel Saccharomyces cereviceae,sehingga sel tidak mudah rusak oleh dekomposisimikroorganisme, menjadi bahan adsorben yangmemiliki kekuatan partikel dan ketahanan kimiayang tinggi serta dapat dikemas di dalam kolomkromatografi (Lewis, 1994).

Seng merupakan salah satu logam beratesensial yang menjadi bahan pencemar dalamsistem perairan (WHO, 2001). Penggunaannyaterutama untuk industri elektropleting,accumulator, cat, keramik dan peleburan baja.Untuk memenuhi standar kualitas air, konsentrasilogam berat harus dikontrol (Kim et al., 2004).Seng (II) dalam tubuh tidak terbiodegradasi,sehingga dapat terakumulasi dalam organ-organmanusia. Keracunan seng akan mengakibatkandemam, batuk, muntah-muntah dan sakit kepala.

Dalam penelitian ini imobilisasi dengansilika dilakukan melalui proses sol gel, karenapembuatannya mudah, (Ramelow, dkk, 1993),

dapat digunakan dalam kolom dan dapatdisimpan dalam waktu lama, dapat digunakankembali serta memiliki daya tahan yang baikterhadap perubahan-perubahan pelarut kimia(Kubiak, dkk 1989, Mahan dan Holcombe,1992).Untuk menguji karakteristik adsorben yangdibuat, dalam penelitian ini dilakukanpengukuran-pengukuran: a) waktu adsorpsi, b)

64

kapasitas adsorpsi, c) mekanisme adsorpsi seng(II), d) mengkaji gugus fungsional adsorben yangberperan dalam adsorpsi.

METODE PENELITIANBahan

Bahan-bahan yang digunakan dalampenelitian ini adalah: Saccharomyces cerevisiae,limbah hasil fermentasi industri bir PT MultiBintang Pacet Mojosari Jawa Timur, larutan sengnitrat, asam nitrat, natrium hidroksida, asamklorida, asam sulfat, natrium silikat, akuades,aquabides dan aluminium foil.

AlatAlat-alat yang digunakan dalam penelitian

ini antara lain: sentrifus, shaker, neraca analitik,oven, pH meter merek Jenway, SpektrofotometerSerapan Atom Perkin Elmer 100, ayakan ukuran100-200 mesh, freeze dryer, pengaduk magnetik,tabung sentrifus, corong, reaktor (wadah untukmereaksikan biomassa dengan larutan garamseng, terbuat dari bahan polipropilen), alat-alatgelas (gelas ukur, tabung reaksi, gelas kimia, labuErlenmeyer dan kaca pengaduk).

Prosedur KerjaPenyiapan Adsorben

Adsorben yang digunakan dalam penelitianini ada dua jenis, yaitu: a) biomassaSaccharomyces cerevisiae dan b) biomassaSaccharomyces cerevisiae yang diimobilisasidengan silika secara sol gel.

Penyiapan biomassa Saccharomyces cerevisiae.Biomassa Saccharomyces cerevisiae

diperoleh dari limbah hasil proses fermentasiindustri bir. Limbah yang didapat disaring dengankertas saring, kemudian dicuci dengan aquadesdan aquademineral hingga diperoleh pH netral.Selanjutnya dikeringkan dengan freeze dryerselama 2 hari. Kemudian diayak dengan ukuran100-200 mesh lalu disimpan dalam wadah yangkering dan bersih. Adsorben ini selanjutnyadisebut biomassa Saccharomyces cerevisiae nonimbil (SCNI)

Pembuatan Saccharomyces cerevisiae imobil(Modifikasi prosedur Tong dkk, 1994 denganAmaria, 2005)

Dalam gelas kimia 400 mL dimasukkan3,3 g biomassa Saccharomyces cerevisiae keringdengan ukuran 200 mesh, kemudian ditambah

© Kimia ITS – HKI Jatim


Na2SiO3 220 mL (1:10) diaduk dengan pengadukmagnetik, kemudian ditambah H2SO4 2N tetesdemi tetes sampai pH 7 sambil terus diadukhingga terbentuk gel. Untuk mencapaikesetimbangan pembentukan gel, gel yangterbentuk didiamkan 24 jam. Selanjutnya gel yangterbentuk dihancurkan dan dicuci denganaquades dan aquademineral sambil air cucianselalu diuji pHnya. Gel yang telah dicuci,dikeringkan dalam oven 80oC selama 2 hari(hingga didapatkan berat konstan), laludihaluskan dan diayak ukuran 100-200 mesh.

Percobaan kestabilan Saccharomyces cerevisiaeimobil terhadap keasaman medium (pH 2-12)

500 mg Saccharomyces cerevisiae imobildimasukkan dalam botol film, ditambah 10 mLaquades dan pH diatur 2-12 denganmenambahkan larutan NaOH atau HCl 0,1 M.Selanjutnya dikocok selama 1 jam dan disaringdengan kertas saring Whatman 42. Endapan yangtertinggal dikeringkan pada suhu 80 oC sampaiberat konstan. Pengerjaan yang sama dilakukanjuga pada adsorben biomassa Saccharomycescerevisiae non imobil (SCNI ). Filtrat yangdiperoleh diukur dengan metode colorimetri untukmenentukan konsentrasi silika yang terlarut.

Penentuan konsentrasi SiO2 dengan metodecolorimetry (Aquamerck)

10 mL sampel dimasukkan dalam kuvetAquamerck, lalu ditambah 10 tetes amoniummolibdat, dikocok dan didiamkan selama 3 menit.Lima tetes larutan pereduksi (0,5 g Na2SO3

ditambah 9 g NaHSO3) ditambahkan, dikocok dandidiamkan selama 1 menit kemudian dilarutkandengan aquades sampai 100 mL. Kemudianditambah 5 tetes 1-amino-2-naftol-4-sulfonat,dikocok dan didiamkan selama 15 menit. Warnayang terbentuk dicocokkan dengan indikatorwarna yang tersedia.

Percobaan adsorpsi seng (II) oleh biomassaSaccharomyces cerevisiae imobil (SCI) dan non-imobil (SCNI)

Pengaruh waktu adsorpsi.100 mg biomassa Saccharomyces

cerevisiae imobil diinteraksikan dengan 25 mllarutan 100 mg/L Zn (II), campuran adsorben danadsorbat dikondisikan pada pH optimum,pengaturan pH dilakukan dengan penambahanlarutan HCl atau NaOH 0,1 M. Selanjutnyadikocok 350 rpm dengan waktu yang bervariasiyaitu 5, 10, 15, 30, 60, 90, 120, 180, 300

menit.Kemudian filtrat dan endapan dipisahkan dengandisentrifus selama 3000 rpm 10 menit. Filtratdiukur dengan alat Spektrofotometer SerapanAtom untuk menentukan kadar seng sisa.


(C o− C f )V

Pengerjaan yang sama dilakukan terhadapbiomassa Saccharomyces cerevisiae non imobil.

Pengaruh konsentrasi awal seng (II)100 mg biomassa Saccharomyces

cerevisiae imobil (SCI) diinteraksikan denganlarutan seng (II) pada konsentrasi awal yangbervariasi, yaitu 5, 10, 25, 50, 75, 100, dan 200mg/L. Interaksi dilakukan pada pH optimum,Kemudian dikocok pada 1000 rpm selama 60menit, lalu disentrifus pada 3000 rpm 10 menit.Filtrat diukur dengan alat SpektrofotometerSerapan Atom untuk menentukan kadar sengsisa. Pengerjaan yang sama dilakukan terhadapbiomassa Saccharomyces cerevisiae non imobil(SCNI).

Adsorpsi dan desorpsi sequential seng (II)1000 mg biomassa Saccharomyces

cerevisiae imobil diinteraksikan dengan 500 mg/Llarutan seng (II). Interaksi dilakukan pada kondisipH optimum. Kemudian dikocok dengan shakerselama 24 jam, 350 rpm, Filtrat dipisahkan dariendapan dengan disentrifus. Kadar seng (II) sisadalam filtrat diukur dengan alat SpektroskopiSerapan Atom. Endapan dikeringkan semalam,lalu diinteraksikan dengan 50 ml H2O, 30 menit,selanjutnya filtrat dan endapan dipisahkandengan disentrifus. Filtrat yang mengandung seng(II) diukur dengan alat Spektroskopi SerapanAtom. Endapan dikeringkan dalam ovensemalam, kemudian diinteraksikan denganlarutan 50 ml KNO3 1 M, dan dikocok pada 350rpm, 3 jam. Kadar seng (II) dalam filtrat diukurdengan alat SSA. Kemudian endapandiinteraksikan dengan larutan 50 ml HNO3 0,5 M,dan dikocok 350 rpm selama 3 jam. Filtrat danendapan dipisahkan dengan disentrifus. Kadarseng (II) dalam filtrat diukur dengan alat SSA.Endapan dikeringkan dalam oven semalam.Kemudian endapan diinteraksikan dengan larutan50 ml Na2EDTA 0,1 M dan dikocok 350 rpmselama 20 jam. Selanjutnya kadar seng (II) dalamfiltrat diukur dengan alat SSA. Pengerjaan yangsama dilakukan terhadap biomassaSaccharomyces cerevisiae non imobil (SCNI).

Metode penghitungan kadar seng yangteradsorpsi dan yang terdesorpsi

Kadar seng (II) yang teradsorpsi olehbiomassa dihitung dari perbedaan kadar seng (II)awal yang diinteraksikan pada biomassa dankadar seng (II) pada filtrat setelah diinteraksikanpada biomassa, dengan menggunakanpersamaan 1 berikut ini (Vijayaraghavan, et al,2004) :

q (1)W

65



Keterangan :q adalah seng (II) yang teradsorpsi (mg/g); C0 dan Cf

adalah konsentrasi awal dan akhir seng (mg/L), Vadalah volume larutan (L) dan W adalah beratadsorben yang digunakan (gr).

Kadar seng (II) yang didesorpsi dianalisis dandihitung dengan persamaan 2 (Choi and Yun,2004):

% Desorpsi =

(2)

Model adsorpsi Langmuir dipilih untukmenentukan adsorpsi seng (II) oleh keduaadsorben. Model isoterm Langmuir dinyatakandengan rumus (Oscik, 1982):

(3)

Dimana :n adalah kadar seng teradsorpsi oleh adsorben(mg/g), C adalah konsentrasi seng pada keadaansetimbang (mg/L). Dengan mem-plot-kan hargaC/n terhadap C (Kosentrasi seng pada saatsetimbang) dapat ditarik garis lurus, sehinggadapat diperoleh harga tetapan kesetimbanganLangmuir K (L/mg), dan kapasitas adsorpsi, nm

(mg/g) yang ditentukan dari intersep dan slope.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kestabilan biomassa Saccharomyces cerevisiaeimobil dan non imobil terhadap keasamanmedium (pH 2-12).

Data kestabilan adsorben terhadapkeasaman medium (pH 2-12) yang ditentukansecara gravimetri disajikan pada Tabel 1.

Berdasarkan data pada Tabel 1 kolom 4tentang berat adsorben yang hilang untukbiomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)dapat dinyatakan bahwa berkurangnya beratadsorben pada pH medium 2-14 relatif tetap,yang berarti perubahan harga pH relatif tidakmengubah berat adsorben yang hilang. Hal inidapat dimungkinkan karena adanya ikatankovalen antara silika dengan biomassaSaccharomyces cerevisiae yang menyebabkansilika gel semakin sulit larut.

Seperti yang diungkapkan oleh Jal et al,(2003), bahwa ikatan kovalen antara gugusfungsional biomassa dengan gugus silanol darisilika gel menyebabkan keduanya terikat kuat.Seiring dengan banyaknya jumlah silika yangterlarut semakin besar pula Saccharomycescerevisiae terlepas, sebab jaringan 3 dimensi

66

yang terbentuk oleh silika untuk mengikatbiomassa telah rusak. Untuk menghitung jumlahSaccharomyces cerevisiae yang terlepasdibutuhkan data-data mengenai jumlahpenurunan berat Saccharomyces cerevisiaeimobil dan jumlah konsentrasi silika yang terlarut.Dalam penelitian ini diprediksi bahwa, filtrat hasilinteraksi pada pengkondisian pH 2-12 merupakancampuran dari silika yang terlarut danSaccharomyces cerevisiae yang terlepas, makapenurunan berat biomassa Saccharomycescerevisiae imobil sama dengan silika yang terlarutditambah dengan Saccharomyces cerevisiae yangterlepas.

Data hilangnya berat adsorben biomassaSaccharomyces cerevisiae imobil didapatkanmelalui metode gravimetri, sedangkan silika yangterlarut diperoleh melalui metode colorimetry.Prinsip kerjanya adalah pembentukan senyawakompleks silikomolibdenum yang menyebabkanlarutan berwarna biru. Silika yang terlarutmerupakan silika reaktif yang bereaksi denganamonium molibdat (jika konsentrasinya tinggiakan timbul warna kuning) lalu direduksi menjadisilikomolibdenum, yang mengakibatkan larutanberwarna biru. Warna biru yang terbentukdicocokkan dengan indikator yang telah tersediapada kuvet, dari pencocokan warna tersebutmaka diketahui kadar silika yang terlarut. Denganmenggunakan metode ini maka dapat dihitungberat silika yang terlarut. Jika data berat SCI yangberkurang dan silika yang terlarut diketahui makaSaccharomyces cerevisiae yang terlepas dapatdihitung. Data pengukuran kadar silika, SiO2

pada filtrat dan hasil perhitungan jumlahSaccharomyces cerevisiae yang terlepas disajikanpada Tabel 2.

Berdasarkan data pada Tabel 2, makajumlah biomassa Saccharomyces cerevisiae yangterlepas dari pH 2-12 berkisar antara 11-16 mg.Pada pH sangat asam (pH 2) dan pada pH sangatbasa (pH 10-12) jumlah biomassaSaccharomyces cerevisiae yang terlepas lebihbanyak (15,4 -16 mg) dibandingkan pada pH 3 –9 (sekitar 12 – 13,8 mg). Penghitungan biomassaSaccharomyces cerevisiae yang terlepas padabiomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)terhadap berat awal perlakuan (500 mg) disajikanpada Tabel 2 kolom 5. Pada pH 2 biomassaterlepas sebesar 3,08 % dan pada pH 10-12sekitar 2,36-2,68 %, sedangkan pada pH 10-12sekitar 3,04 -3,20 %. Visualisasi persentasebiomassa yang terlepas pada SCI akibatpengkondisian keasaman medium disajikan padaGambar 2.


Kes

tabi

lan

thd

Kea

sam

anm

ediu

m (

%)


Tabel 1. Data Kestabilan adsorben biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI) dan non imobil (SCNI)terhadap keasaman medium (pH 2-12)

pHBerat awaladsorben

(mg)

Berat adsorben akhir(mg)

SCI SCNI

Berat adsoben yanghilang (yang terlarut) (mg)

SCI SCNI

% Kestabilan

SCI SCNI23456789101112

500500500500500500500500500500500

446,20 439,00453,60 442,67449,80 449,33449,40 449,33446,60 444,00446,00 439,33447,80 444,67446,60 444,67447,20 445,33446,20 435,67446,40 367,00

53,80 61,0046,40 57,3350,20 50,6750,60 50,6753,40 56,0054,00 60,6752,20 55,3353,40 55,3352,80 54,6753,80 64,3353,60 133,0

89,2490,7289,9689,8889,3289,2089,5689,3289,4489,2489,28

87,8088,5389,8789,8788,8087,8788,9388,9389,0787,1373,40

Data pada Tabel 1 divisualisasikan menjadi Gambar 1.

100

90

80

70

60

50

SCI

SCNI

0 2 4 6 8 10 12

pH medium

Gambar 1. Kestabilan biomassa Sacharomyces cerevisiae imobil (SCI) dan non imobil (SCNI) terhadapkeasaman medium (pH 2-12)

Tabel 2 Jumlah Saccharomyces cerevisiae yang terlepas dari biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil(SCI) akibat pengkondisian medium pada pH 2-12

pH

23456789101112

Rata-rataPenurunan berat

SCI (mg)

53,852

50,250,653,454

52,253,452,853,853,6

Rata-rata beratsilika yang

terlarut (mg)

38,440

36,835,641,241,238,441,636,838,438,4

Rata-rata biomassaSaccharomycescerevisiae yangterlepas (mg)

15,412

13,415

12,212,813,811,816

15,415,2

% BiomassaSaccharomyces cerevisiaeyang terlepas dari berat

awal

3,082,402,683,002,442,562,762,363,203,083,04




Pengaruh waktu adsorpsiData percobaan pengaruh waktu adsorpsi

pada 100 mg/L seng (II) oleh dua jenis adsorbenSaccharomyces cerevisia imobil (SCI) dan nonimobil (SCNI) disajikan pada Tabel 3 dan 4. Data-data pada Tabel 3 dan 4 kemudiandivisualisasikan dalam Gambar 3. Pada Gambar3 tampak bahwa, secara umum adsorpsi seng (II)mula-mula berlangsung relatif cepat, pada menit

10

8

6

4

2

0

ke 60 adsorpsi cenderung konstan. Pada tahapini proses adsorpsi diperkirakan telah mencapaikesetimbangan, adsorpsi SCI dan SCNI terhadapseng (II) pada menit ke 60 adalah 2,7003 mg/gdan 2,7383 mg/g.

2 4 6 8 10 12

pH medium

Gambar 2. Persentase biomassa Saccharomyces cerevisiae yang hilangakibat pengkondisian keasaman medium (pH 2-12)

Tabel 3. Pengaruh waktu adsorpsi 100mg/L seng (II) oleh biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil

Waktu

510306090120180300

[Zn] eq(mg/L)

94,459589,701189,324389,198788,947588,696388,696388,6963

[Zn] teradsorpsi(mg/L)8,540510,298910,675710,801311.052511,303711,303711,3037

Zn teradsorpsi(mg/g)2,13512,57472,66892,70032,76312,82592,82592,8259

% Zn teradsorpsi

8,540510,298910,675710,801311.052511,303711,303711,3037

Tabel 4. Pengaruh waktu adsorpsi 100mg/L seng (II) oleh biomassa Saccharomyces cerevisiae non imobil

(SCNI)

Waktu

510306090120180300

[Zn] eq(mg/L)

89,613990,708989,379189,046688,215587,966287,883188,7142

[Zn] teradsorpsi(mg/L)

10,38619,291110,620910,953411,784512,033812,116911,2858

Zn teradsorpsi(mg/g)2,59652,32282,65522,73832,94613,00853,02922,8215

% Zn teradsorpsi

10,38619,291110,620910,953411,784512,033812,116911,2858

68

% B

iom

assa

yan

g hi

lang


Ads

orp

si Z

n (

mg

/g)

n, a

dso

rpsi

Zn

(m

g/g

)


5

4

3 SCI

SCNI

2

1

0

0 60 120 180 240 300

Waktu (menit)

Gambar 3. Pengaruh waktu adsorpsi seng (II) oleh Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)dan non imobil (SCNI)

Tabel 5. Adsorpsi 25 ml Zn (II) berbagai konsentrasi oleh 100 mg Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)dalam waktu 120 menit pada suhu 29 ± 1 oC

[Zn(II)]awal (mg/L)

0,00510255075100200

[Zn(II)]eq (mg/L)

0,000,72623,811415,197134,874453,879070,1145169,4870

[Zn(II)] teradsorp(mg/L)0,00

4,27386,18869,802915,125621,806825,262030,5131

Zn teradsorpsi (mg/g)

0,001.06841,54722,45073,78145,28036,51147,6283

Tabel 6. Adsorpsi 25 ml Zn (II) berbagai konsentrasi oleh 100 mg Saccharomyces cerevisiae non imobil(SCNI) dalam waktu 120 menit pada suhu 29 ± 1 oC

[Zn(II)]awal (mg/L)

0,00510255075100200

[Zn(II)]eq (mg/L)

0,000,19300,71755,959122,033541,089459,0277136,7563

[Zn(II)] teradsorp(mg/L)0,00

4,80709,282519,040927,966533,910640,972363,2437

Zn teradsorpsi (mg/g)

0,001,20172,32064,76026,99168,477710,243114,7059

20

15

10

5

0

SCI

SCNI

0 50 100 150 200

[Zn]eq (mg/L)

Gambar 4. Isoterm adsorpsi seng (II) oleh biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)dan non imobil (SCNI)




Pengaruh konsentrasi awal seng (II)

Pada Gambar 4 terlihat bahwa secarakeseluruhan adsorpsi seng (II) oleh biomassaSaccharomyces cerevisiae imobil (SCI) dan nonimobil (SCNI) memberikan bentuk isotermLangmuir. Isoterm adsorpsi menunjukkan bahwakenaikan konsentrasi awal diikuti denganmeningkatnya jumlah zat yang teradsorpsisehingga tercapai keadaan setimbang. AdsorpsiLangmuir berasumsi bahwa pada permukaanadsorben terdapat sejumlah tertentu situs aktif(active sites) yang sebanding dengan luaspermukaan adsorben. Pada keadaan situs aktifadsorben belum jenuh dengan adsorbat makapeningkatan konsentrasi adsorbat yangdipaparkan akan meningkat secara linier denganjumlah adsorbat yang teradsorpsi. Selanjutnya,jika situs aktif adsorben telah jenuh denganadsorbat, maka peningkatan konsentrasiadsorbat yang dipaparkan tidak akanmeningkatkan jumlah adsorbat yang teradsorps(Oscik, 1982)

Pada Gambar 4 isoterm adsorpsi seng (II)oleh SCI menunjukkan bahwa kenaikankonsentrasi awal secara relatif menghasilkanadsorpsi cenderung tetap, dengan diperolehharga sebesar 1.0684 sampai 7,6283 mg seng(II)per gram adsorben. Untuk mengetahui jumlahseng (II) yang teradsorp oleh adsorben (SCNI danSCI) dan hubungan antara jumlah seng (II) yangteradsorp dengan jumlah ion logam pada saatsetimbang dapat digunakan model isotermadsorpsi Langmuir (Oscik, 1982) persamaan 3.Hasil perhitungan harga nm dan K disajikan padaTabel 7. Dari Tabel 7 tampak bahwa, biomassaSaccharomyces cerevisiae imobil memilikikapasitas adsorpsi yang lebih kecil daripadaSaccharomyces cerevisiae non-imobil. Hal inidimungkinkan karena, jumlah gugus fungsionalSaccharomyces cerevisiae yang telah berkurangakibat berikatan dengan gugus silanol, akibatnyaseng (II) sulit berinteraksi dengan gugusfungsional biomassa Saccharomyces cerevisiae(karboksil atau amina) akibat halangan sterikyang diakibatkan oleh gugus silanol dan siloksan.Sementara itu pada biomassa Saccharomycescerevisiae non imobil jumlah gugus fungsionalnya(karboksil atau amina) selain banyak,kemungkinan jenisnya banyak, sehinggakapasitas adsorpsinya terhadap seng (II) lebihbesar daripada biomassa Saccharomycescerevisiae imobil (SCI).

70

Mekanisme adsorpsi yang terjadi antara adsorbendengan adsorbat

Untuk mengetahui mekanisme adsorpsiyang berperan dalam adsorpsi seng (II) olehbiomassa Saccharomyces cerevisiae yang imobil(SCI) dan non imobil (SCNI) dilakukan desorpsisecara fraksinasi sekuensial terhadap duaadsorben tersebut di atas, yang sebelumnyatelah diinteraksikan dengan seng (II). Hasiladsorpsi disajikan pada Tabel 8. Seng (II) yangtelah diadsorpsi oleh adsorben, kemudiandidesorpsi dengan pelarut (eluan) secarafraksinasi sekuensial yaitu berturut-turutdigunakan: akuades, KNO3 1 M, HNO3 0,5 M danNa2EDTA 0,1 M

Ion logam seng (II) yang teradsorpsi melaluimekanisme pemerangkapan didesorpsi denganakuades. Kalium nitrat untuk mendesorpsi kationseng (II) yang teradsorpsi melalui mekanismepertukaran ion. Untuk mendesorpsi kation seng(II) yang melalui ikatan hidrogen digunakanpelarut asam nitrat. Desorpsi kation seng (II) yangteradsorpsi melalui pembentukan kompleksdigunakan agen pengkelat natrium EDTA (Sehol,2004).

Melalui desorpsi dengan metode fraksinasisekuensial diperoleh mekanisme adsorpsi kationlogam seng (II) pada adsorben SCI dan SCNI,seperti yang disajikan pada Tabel 9. Pada Tabel9 tampak bahwa secara umum desorpsi seng (II)pada dua adsorben masih rendah. Desorpsi yangberhasil dilakukan untuk adsorben SCI dan SCNImasing-masing hanya sebesar 7,6900 % dan11,1012%.

Jika diperhatikan persentase desorpsiuntuk tiap-tiap pelarut terhadap masing-masingadsorben pada Tabel 9 dapat diketahui bahwamekanisme adsorpsi kation seng (II) pada keduaadsorben secara keseluruhan yang palingdominan adalah melalui mekanismepemerangkapan, karena persentase desorpsidengan H2O dibandingkan eluen yang lain adalahyang paling besar. Kemudian mekanismeadsorpsi yang kedua adalah melalui ikatanhidrogen, karena desorpsi dengan asam nitratmenunjukkan persentase urutan yang keduasetelah dengan H2O. Untuk mendapatkan hasildesorpsi seng (II) yang ideal ( seidak-tidaknya 90% dari kation logam yang teradsorpsi) perludilanjutkan desorpsi dengan eluen yang lain.


Eluen Persentase seng (II) yang terdesorpsi (%)SCI SCNI

H2O 5,7106 13,1873KNO3 1 M 1,9706 1,6180

HNO3 0,5 M 5,2487 8,2382Na2EDTA 1 M 0,4707 1,2449

Jumlah 7,6900 11,1012

Adsorben [Zn]awal (mg/L) [Zn] teradsorpsi(mg/L)

AdsorpsiZn(II) (mg/g)

% Zn(II)

teradsorpsiSCI 500 154,7799 7,7390 30,9558

SCNI 500 179,9371 8,9969 35,9863


Tabel 7. Parameter Langmuir untuk adsorpsi seng (II) oleh biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)

dan non imobil (SCNI)

Adsorben

Biomassa Saccharomyces c. Imobil (SCI)Biomassa Saccharomyces c. non imobil (SCNI)

nm

(mg/g )8,525115,1057

K

0,03890,0645

Tabel 8. Adsorpsi 500 mg/L seng (II) oleh SCI dan SCNI

Tabel 9. Desorpsi kation seng (II) pada biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI) dan non imobil(SCNI)

Gambar 5. Spektra inframerah biomassa Saccharomyces cerevisiae imobil (SCI)dan non-imobil (SCNI)

Hasil analisis spektra IRHasil analisis biomassa Saccharomyces

cerevisiae imobil dan non imobil dengan alat FTIRJasco disajikan pada Gambar 5. Identifikasi gugus


fungsional adsorben menggunakan spektro-fotometer infra merah bertujuan mengidentifikasigugus fungsional yang berperan dalam adsorpsikation logam seng (II)

71



Menurut Kim et al, (2004) gugus karboksildan amina merupakan gugus utama yangberperan dalam pengikatan kation. Hal ini sesuaidengan komposisi penyusun sel yang sebagianbesar berupa protein dan polisakarida. Spektrainframerah dari Saccharomyces cerevisiae imobildan non-imobil dilihat pada Gambar 5.

Berdasarkan Gambar 5 (SCNI) tampakadanya puncak lebar pada bilangan gelombang3273,50 cm-1 menunjukkan adanya gugus –OH,sedangkan pada bilangan gelombang 1523,90cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O karboksil,hal ini mengindikasikan bahwa adanya guguskarboksil. Puncak pada bilangan gelombang1637,71 cm-1 menunjukkan adanya stretching N-H, hal ini didukung adanya bending pada puncak667,43 cm-1 di daerah sidik jari. Dengan demikianSaccharomyces cerevisiae non-imobil mempunyaigugus fungsional –OH, -COOH, dan –NH2.

Berdasarkan Gambar 5 (SCI) tampakadanya puncak lebar dan kuat pada bilangangelombang 1093,74 cm-1 menunjukkan adanyastretching Si-O-Si. Terdapatnya gugus silanol (Si-OH) diindikasikan terdapatnya gugus –OH padabilangan gelombang 3483,76 cm-1 dan stretchingSi-OH pada daerah sidik jari dengan bilangangelombang 800,53 cm-1. Selain mempunyaigugus silanol (Si-OH) dan siloksan (Si-O-Si),Saccharomyces cerevisiae imobil juga mempunyaigugus karboksil (-COOH) dan amina (-NH2), hal iniditunjukkan dengan adanya puncak padabilangan gelombang 1541,26 cm-1 yangmenunjukkan adanya gugus C=O karboksil danpuncak pada bilangan gelombang 1637,71 cm-1

yang menunjukkan stretching N-H.

KESIMPULAN1. Waktu adsorpsi seng (II) dengan konsentrasi

100 mg/L oleh biomassa Saccharomycescerevisiae imobil (SCI) dan non imobil (SCNI)mencapai kesetimbangan pada menit ke 60,sebesar 2,7003 mg/g dan 2,7383 mg/g.

2. Kapasitas adsorpsi Saccharomyces cerevisiae

imobil (SCI) terhadap seng (II) adalah 8,5251mg/g adalah lebih kecil daripadaSaccharomyces cerevisiae yang non imobil(SCNI) yaitu sebesar 15,1057 mg/g.

3. Mekanisme adsorpsi seng (II) biomassaSaccharomyces cerevisiae imobil (SCI) dannon imobil (SCNI) didominasi oleh mekanismepemerangkapan, dengan persentase desorpsiH2O pada: SCI adalah 5,7106 % dan SCNI

13,1873 %.4. Gugus fungsional yang terdapat pada

biomassa Saccharomyces cerevisiae yangimobil (SCI) adalah Si-O pada (Si-O-Si), -Si-OH, -OH, -N-H, -COOH dan Saccharomycescerevisiae yang non imobil (SCNI) adalah –COOH, –OH dan –NH.

72

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini kami mengucapkanterimakasih kepada Direktorat JenderalPendidikan Tinggi, Departemen PendidikanNasional melalui Program Penelitian HibahPekerti III yang telah mendanai penelitian ini dankepada Hariyanto, Rifkah, Jundi dan Wijaya yangtelah membantu dalam pengumpulan datapenelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Amaria, Suyono, Cahyaningrum, S.E., 2003,Pemanfaatan Saccharomyces cereviceaedari Limbah Industri Bir Sebagai BahanPenyerap Kation Timbal Dalam Medium air,Lembaga Penelitian, Universitas NegeriSurabaya.

Amaria, Suyono, Isnawati, 2000, PenghilanganTimbal Menggunakan BiomassaSaccharomyces cereviceae dari LimbahIndustri Bir, Lembaga Penelitian UniversitasNegeri Surabaya.

Bailey SE., Olin TJ, Bricka RM, Adrian DD (1999) Areview of Potentially Low-cost sorbent forheavy metals. Water Res. 33 : 2469-1658

Choi S.B. and Yun, Y.S.,. Lead Biosorption byWaste Biomass of Corynebacteriumglutamicum Generated from LysineFermentation Process, Biotechnology Letter26: 331-336.

Gadd,G.M., 1990, In Biotechnology. Biosorption ,Chemistry and Industry : 421 –426

Hancock,I.C.DR, 1996, Bioremediation of HeavyMetal pollution-possibilities andpracticalities, the current position,Symposium and Workshop on Heavy MetalBioaccumulation, IUC Biotecnologyy,Yogyakarta: Gadjah Mada University.

Kapoor A , Viraraghavan T. (1998) Biosorption ofHeavy metals on Aspergillus niger effect ofpretreatment, Bioresour. Technol. 63, 109-113

Kim, Tae Young, Sun-Kyu Park, Sung-Yong Cho,Hwan-Beom Kim, Yong Kang, Sang-DoneKim, dan Seung-Jai Kim, 2005. Adsorption ofHeavy Metal by Brewery Biomass, Korean J.Chem. Eng., 22 (1) , 91-98.

Kubiak,W.W.; Wang,J.and Darnall,D.W.,1989,Algae Columns with Anodic Strip-pingVoltammetric Detection, Anal.Chem., 61 :468-471.

Lewis,R., 1994, Biological Sorption, In Internet,Biorecovery System, Inc.

Mahan, C.A. and Holcombe J.A.,1992,Immobilization of Algae on Silica Gel andTheir Characterization for Trace MetalPreconcentration, Anal. Chem., 64, 1933-1939.



Oscik, J., 1982, Adsorption, Ellis Horwood Limited,

England.Pagnanelli, F; Petrangeli, M.P.; Toto, L.;Trifoni,M.

And Veglio,F. Biosorption of metal ions onArthrobacter sp,: Biomass Characterizationand biosorption modeling, EnvronmentalScience and Technology, 2000, 34, No. 13,p: 2773-2778.

Ramelow, G.J.; Liu.L; HimelC.; Fralick, Zhao,Y.; and

Tong C., 1993. The Analysis of dissolvedmetals in natural water afterpreconcentration on biosorbents ofimmobilized lichen and seaweed biomass insilica, Intern. J. Anal. Chem., 53, pp: 219-232.

Santosa, S.J, 2001. Adsorption Kinetics of Cd(II)and Cr (III) on Humic Acid, Proceeding of the9th Seminar on Inorganic Chemistry,Yogyakarta, Indonesia, May 21, 2001.

Sastrohamidjojo,H., 1992, SpektroskopiInframerah, Liberty , Yogyakarta

Schiewer, S. dan Volesky B.2000. BiosorptionProcesses for Heavy Metal Removal,Chapman and Hall, London. UK.


Sehol, M. 2004. Immobilisasi Asam Humat PadaKitin dan Alikasinya Sebagai Adsorben Cr(III),Tesis S2, Program Pasca Sarjana, UniversitasGadjah Mada, Yogyakarta.

Suh J.H., Yun J.W. and Kim D.S.,1998.,Comparison of Pb2+ AccumulationCharacteristics Between Live and Dead Cellsof Saccharomyces cerevisiae andAureobasidium pullulans, BiotechnologyLetters, 20, No.3 : 247-251.

Tong, C., Ramelow, U. S., and Ramelow, G. J.,1994, Evaluation of Polymeric Supports ForImmobilizing Biomass To Prepare SorbentMaterials For Metals, Intern. J. Environ. Anal.Chem., 56, 175-191.

Vieira, R.H.S.F. dan Volesky, B., 2000. Biosorption: a Solution to Pollution?., Internati.Microbiol., 3, 17-24

Vijayaraghavan, K, Joseph Raj Jegan, KandasamyPalanivelu and Manickam Velan, 2004.CopperRemoval from Aqueous Solution byMarine Green Alga Ulva reticulata, ElectronicJournal of Biotechnology, 7.1, 61-71.

Volesky, B and Holan, Z.R., 1995, Biosorption ofHeavy Metal, Biotechnol. Prog. 11, no.3.

73

Documents

-01_04 Amaria