i

KARAKTERISTIK DAN AKTIVASI CAMPURAN

TANAH ANDISOL / LEMPUNG BAYAT / ABU SEKAM

SEBAGAI PENJERAP LOGAM BERAT KROMIUM (Cr)

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister

Program Studi Ilmu Lingkungan

Oleh

Agus Suprapto

NIM : A130908001

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

ii

iii

iv

v

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah dan segala puji bagi Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmatnya sehingga penulis mampu menyelesaikan tesis

sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains Program Studi Ilmu

Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan tesis ini masih

jauh dari kesempurnaan. Berbagai kendala dan hambatan banyak dijumpai baik

selama penelitian maupun dalam penyusunan naskah tesis. Dengan bantuan

masukan, saran dan kritik dari berbagai pihak membuat penulis mampu

menyelesaikan penelitian dan penyusunan tesis dengan lebih baik. Oleh karena

itu, penulis menyampaiakan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya

kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis, yaitu sebagai berikut :

1. Kepala Badan Lingkungan Hidup Kabupaten Sukoharjo yang telah

memberikan izin Tugas Belajar kepada penulis dan selalu mendorong penulis

untuk menyelesaikan Tugas Belajar dengan tepat waktu.

2. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd., selaku Direktur Program

Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang memberikan izin penelitian tesis.

3. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiatuti, M.Si., selaku Kepala Program Studi Ilmu

Lingkungan yang telah memberikan izin penelitian dan selalu memberikan

motivasi kepada penulis dalam penyusunan tesis hingga akhir.

4. Prof. Dr. rer.nat. Sajidan, M.Si., selaku dosen Pembimbing I yang telah

membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga

selesai.

5. Dr. Pranoto, M.Sc., selaku dosen Pembimbing II yang telah membimbing

dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai.

6. Dr. M. Masykuri, M.Si., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan

masukan untuk perbaikan tesis ini.

7. Seluruh dosen dan staf di Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah

memberikan dukungan dan bantuan sehingga meringankan penulis dalam

menyelesaikan tesis ini.

vi

Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penyusunan

tesis ini, untuk kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis hargai.

Akhirnya peneliti berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi peneliti sendiri

dan bermanfaat untuk masyarakat.

Surakarta, Juli 2015

Penulis,

Agus Suprapto

vii

ABSTRAK

Agus Suprapto. A130908001. 2015. Karakteristik dan Aktivasi Campuran Tanah

Andisol / Lempung Bayat / Abu Sekam sebagai Penjerap Logam Berat Kromium

(Cr). Pembimbing I. Prof.Dr.rer.nat. Sajidan, M.Si, Pembimbing II. Dr. Pranoto,

M.Sc Program Studi Magister Ilmu Lingkungan, Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Tercemarnya lingkungan perairan akibat limbah logam berat kromium

(Cr) dapat mempengaruhi kualitas air permukaan maupun air tanah. Oleh

karena itu diperlukan usaha untuk meningkatkan kualitas air dengan

mengurangi kandungan ion logam kromium (Cr). Konsentrasi Cr dalam air dapat

dikurangi dengan cara penjerapan (adsorbsi). Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui pengaruh komposisi tanah andisol / lempung bayat / abu sekam,

suhu aktivasi dan waktu kontak terhadap kapasitas jerapan Cr dalam larutan

model; kondisi optimum jerapan dan efektivitas filter keramik dan pipa penjernih

untuk menurunkan Cr dalam air.

Campuran tanah andisol, lempung bayat dan abu sekam digunakan

sebagai penjerap (adsorben) ion logam Cr3+

dengan metode batch. Filter

keramik dan pipa penjernih digunakan untuk mengurangi kandungan Cr dalam

air sumur. Identifikasi dan karakterisasi penjerap dilakukan dengan uji NaF,

Spektroskopi infra merah (FTIR), difraksi sinar-x (XRD), luas permukaan

spesifik dan keasaman total spesifik. Konsentrasi logam Cr dianalisis dengan

spektroskopi serapan atom. Isoterm jerapan ditentukan dengan persamaan

Freundlich dan Langmuir. Filter keramik dan Pipa Penjerap dibuat dengan

komposisi tanah andisol /lempung bayat / abu sekam menurut perbandingan

80/10/10.

Hasil penelitian menunjukkan sampel tanan andisol dan lempung bayat

mengandung mineral-mineral alofan, felspar, kaolin, gibsit dan monmorilonit.

Kondisi optimum jerapan dicapai pada suhu aktivasi 150 0C, waktu kontak 30

menit dan komposisi tanah andisol / lempung bayat / abu sekam menurut

perbandingan 80 / 10 / 10. Isoterm Freundlich jerapan Cr dengan koefisien

determinasi (R2) (0,999), lebih tinggi dibandingkan Langmuir (0,380). Hasil

pengukuran menunjukkan filter keramik efektif menurunkan padatan terlarut

(TDS) dan kandungan Cr dalam air sumur dengan persentase penurunan

masing-masing sebesar 75,91 % dan 9,44 %. Sedangkan pipa penjernih mampu

menurunkan padatan terlarut (TDS) dari 260 ppm menjadi 249 ppm dan

kandungan Cr dari 0,064 ppm menjadi 0,052 ppm.

Kata kunci : Kromium, jerapan, andisol, lempung bayat, abu sekam

viii

ABSTRACT

Agus Suprapto. A130908001. 2015. Characteristics and Activation of Mixed

Andisol Soil / Bayat Clay / Rice Husk Ash used as Adsorbent Heavy Metal

Chromium (Cr). Supervisor I. Prof.Dr.rer.nat. Sajidan, M.Si, Supervisor II. Dr.

Pranoto, M.Sc. Environmental Science Program Of Graduate School, Sebelas

Maret University of Surakarta.

The pollution of the water environment as a result of heavy metal waste

chromium (Cr) can affect the quality of surface water and groundwater. Therefore,

it takes effort to improve water quality by reducing the metal ion containing of

chromium (Cr3+

). Cr concentration in water can be reduced by adsorption. This

study aims to determine the effect of composition andisol soil / bayat clay / husk

ash, activation temperature and contact time on the adsorption capacity of Cr in

the solution of the model; The optimum adsorption conditions and the

effectiveness of ceramic filters and pipe purifiers to reduce Cr in the water.

Andisol soil, bayat clay and rice husk ash are used as adsorbent Cr metal

ions with a batch method. Ceramic filters and purifiers pipe are used to reduce the

content of Cr in the water. Identification and characterization adsorben have been

done with NaF test, Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD),

specific surface area and a specific total acidity. Cr metal concentrations are

analyzed by atomic absorption spectroscopy. Sorption isotherms are determined

by Freundlich and Langmuir equation. Ceramic filters and pipe purifiers are made

with the composition of the soil / bayat clay / husk ash by comparison 80 / 10 / 10.

The results show the samples empire andisol soil and bayat clay minerals

containing allophane, feldspar, kaolin, gibsit and montmorillonite. Sorption

optimum condition is achieved at the activation temperature of 150 0C, contact

time of 30 minutes and composition andisol soil: bayat clay: husk ash by

comparison 80: 10: 10. The sorption isotherms Freundlich Cr with a coefficient of

determination (R2) (0.999), higher than the Langmuir (0.380). The measurement

results show a ceramic filter effectively lower dissolved solids (TDS) and Cr

content in water with a percentage decreasing respectively by 75.91% and 9.44%.

While the pipe purifiers are able to lower dissolved solids (TDS) from 260 ppm to

249 ppm and Cr content of 0.064 ppm to 0.052 ppm

Keywords: chromium, sorption, Andisol, bayat clay, rice husk ash

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ...................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ............................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................................ iv

KATA PENGANTAR ........................................................................................ v

ABSTRAK .......................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................ viii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN................................................................................ 1

A. Latar Belakang ..................................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ................................................................................ 7

C. Tujuan Penelitian ... ............................................................................. 7

D. Manfaat Penelitian .............................................................................. 7

BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................... 9

A. Tinjauan Pustaka .................................................................................. 9

1. Logam Berat Kromium (Cr)............................................................. 9

2. Penjerapan (Adsorbsi) ...................................................................... 10

3. Abu Sekam ....................................................................................... 13

4. Lempung .......................................................................................... 14

5. Tanah Andisol .................................................................................. 16

6. Alternatif Model Penjernihan Air .................................................... 21

7. Asas-Asas Lingkungan..................................................................... 24

B. Kerangka Berpikir ................................................................................ 25

C. Hipotesis ............................................................................................... 27

x

BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 29

A. Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 29

B. Tata Laksana Penelitian ....................................................................... 29

1. Alat ................................................................................................... 29

2. Bahan ............................................................................................... 30

3. Cara Kerja ....................................................................................... 30

a. Preparasi Penjerap ........................................................................ 30

b. Identifikasi dan Karakterisasi Penjerap ........................................ 31

c. Aktivasi Penjerap.......................................................................... 32

d. Uji Kinerja Penjerap ..................................................................... 33

e. Penentuan Isoterm Jerapan ........................................................... 34

f. Pembuatan Alternatif Model Penjernih ........................................ 34

C. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis .............................................. 35

D. Jadwal Penelitian .................................................................................. 38

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................... 39

A. Identifikasi Penjerap............................................................................. 39

1. Analisis Uji NaF ............................................................................... 39

2. Analisis Uji FTIR ............................................................................. 39

3. Analisis Difraksi Sinar X ................................................................. 43

4. Analisis Luas Permukaan ................................................................. 44

5. Analisis Keasaman ........................................................................... 45

B. Aktivasi Penjerap ................................................................................. 46

C. Uji Kinerja Penjerap ............................................................................. 47

D. Penentuan Jenis Isoterm Jerapan .......................................................... 54

E. Uji Kinerja Filter Keramik dan Pipa Penjernih .................................... 56

1. Filter Keramik .................................................................................. 57

2. Pipa Penjernih .................................................................................. 57

F. Aspek Lingkungan ............................................................................... 57

xi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 58

A. Kesimpulan .......................................................................................... 58

B. Saran ..................................................................................................... 58

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 59

LAMPIRAN ........................................................................................................ 69

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat Fisika dan Kimia Abu Sekam ............................................... 13

Tabel 2. Komposisi Kimia dalam Lempung ............................................... 14

Tabel 3. Jenis Kation yang Cenderung Terikat ........................................... 15

Tabel 4. Data Hasil Analisis Gugus Fungsi ................................................ 41

Tabel 5. Perbandingan Sampel Alofan dengan Standar .............................. 44

Tabel 6. Data Luas Permukaan ................................................................... 44

Tabel 7. Kapasitas Jerapan Ion Logam Cr .................................................. 47

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Sebaran Gunung Vulkanik di Indonesia ........................... 4

Gambar 2. Tahap-Tahap Jerapan ........................................................ 10

Gambar 3. Struktur Alofan.................................................................. 18

Gambar 4. Sebaran Andisol di Pulau Jawa ......................................... 20

Gambar 5. Hubungan Logis antara 14 Asas Lingkungan ................... 24

Gambar 6. Kerangka Berpikir ............................................................. 27

Gambar 7. Spektrum Sampel .............................................................. 40

Gambar 8. Difraktogram Sampel ........................................................ 43

Gambar 9. Komposisi Penjerap terhadap Kapasitas Jerapan 100 C ... 49

Gambar 10. Komposisi Penjerap terhadap Kapasitas Jerapan 150 C ... 49

Gambar 11. Komposisi Penjerap terhadap Kapasitas Jerapan 200 C ... 50

Gambar 12. Kurva Isoterm Langmuir ................................................... 55

Gambar 13. Kurva Isoterm Freundlich ................................................. 55