MODEL MATEMATIS PENJERAPAN KADMIUM DALAM AIR PADA ADSORBEN KULIT NANGKA

Transkripsi

1 MODEL MATEMATIS PENJERAPAN KADMIUM DALAM AIR PADA ADSORBEN KULIT NANGKA Fransisca Anita S.*, Adelia Indah H., Inayati Program Studi S1 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Jalan Ir. Sutami No. 36A, Surakarta * fransisca.anitas@yahoo.co.id ABSTRAK Banyak industri berkembang di jaman sekarang, seperti industri pabrik pembuatan baterai, plastik, dan pigmen. Salah satu dampak dari limbah industri industri tersebut adalah adanya pencemaran air oleh logam berat, misal logam kadmium yang banyak menimbulkan masalah sehingga perlu dikurangi jumlahnya dalam air. Untuk meminimalkan jumlah logam berat dalam air diperlukan sebuah proses pengolahan air dengan metode adsorpsi. Metode adsorpsi dapat dilakukan menggunakan media seperti zeolit, karbon aktif dan adsorben lainnya. Pengaktifan bahan dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH 2% dengan cara memvariasi waktu aktivasi (0 jam, 12 jam, 24 jam, 36 jam, dan 48 jam), ph larutan sampel (2,4,6, dan 8), dan waktu kontak (10 menit,20 menit, 30 menit, 40 menit, dan 50 menit). Tujuan dari penelitian ini menentukan model matematis yang terbaik untuk proses adsorpsi menggunakan limbah kulit nangka. Konsentrasi awal cadmium sebesar 2,5 ppm. Analisis konsentrasi cadmium akhir dari sampel menggunakan AAS. Berdasarkan hasil percobaan sesuai dengan persamaan isotherm Langmuir dengan nilai konstanta a sebesar 44,56 dan konstanta b sebesar 0, Kata kunci: adsorben, penjerapan kadmium, kulit nangka, model isotherm adsorpsi PENDAHULUAN Kadmium (Cd) merupakan logam kimia yang terbentuk secara alami di alam dan umumnya ditemukan di pabrik pembuatan baterai, plastik, dan pigmen. Pencemaran ion kadmium di lingkungan telah menjadi ancaman potensial bagi tanaman, hewan dan kehidupan manusia karena kecenderungan bioakumulasi dan toksisitas, oleh karena itu ion kadmium harus disingkirkan dari limbah kota dan industri sebelum dibuang ke sungai. Banyak metode yang digunakan untuk mengurangi pencemaran seperti presipitasi, adsorpsi, penukar ion, proses membran, dan pengapungan. Dari berbagai teknik mempunyai keterbatasan tersendiri seperti efisiensi kurang, dan kondisi operasi yang sensitif. Salah satu alternatif adalah biosorpsi, dimana beberapa jenis biomassa dapat mengikat dan berkonsentrasi dengan logam bahkan dari larutan encerpun. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengidentifikasi adsorben yang cocok dengan biaya yang relatif murah yang mampu mengurangi jumlah ion kadmium dalam air limbah (Saikaew,2010). Teknik adsorpsi terhadap logam berat telah banyak dilakukan dengan menggunakan berbagai macam adsorben, yakni penghilangan ion cadmium(ii) dari larutan menggunakan karbon dari kulit lemon (Kannan and Veemaraj, 2010), penghilangan ion tembaga(ii) menggunakan bagasse dari coal, saw dust & carbon aerogel (Meena et all, 2004), penghilangan timbal menggunakan karbon aktif dari debu bambu (Kannan and Veemaraj, 2010) dan penghilangan ion nickel (II) menggunakan alumina aktif (Kavitha et all, 2005), karbon aktivasi dari serat tebu (Ikhuoria, E.U and O.C Onojie, 2007), dan bagasse dari tebu (Garg et all, 2007), Adsorpsi Ni(II), Cu(II), dan Fe(III) dari larutannya menggunakan karbon aktif (Edwin, 2008). Salah satu jenis bahan lain yang dapat digunakan untuk mengadsorpsi logam berat cadmium (II) adalah kulit nangka. Sejumlah besar kulit (sekitar 59% dari buahnya) tidak semua dimanfaatkan dengan baik.namun, kulit tebal dengan rasa pahit ini biasanya dibuang sebagai limbah. Berdasarkan penjelasan tersebut, maka peneliti tertarik untuk melakukan penelitian tentang adsorpsi logam cadmium (II) dari larutannya menggunakan limbah kulit nangka (Artocapus heterophyllus). Model isoterm adsorpsi yang sesuai untuk peristiwa ini dapat dievaluasi. Tujuan penelitian ini adalah 81

2 mengevaluasi model matematis penjerapan ion cadmium dalam air dengan menggunakan adsorben limbah kulit nangka. Kesetimbangan adsorpsi tercapai saat konsentrasi ion logam yang dijerap sama dengan konsentrasi ion logam yang keluar ( desorp). Isoterm adsorpsi menjelaskan distribusi kesetimbangan.adsorpsi dengan perbedaan konsentrasi adsorben dalam larutan pada temperatur konstan. Umumnya, jumlah bahan yang teradsorpsi per satuan berat adsorben bertambah seiring bertambahnya konsentrasi.proses adsorpsi dinyatakan sebagai isoterm adsorpsi.dan dikenal beberapa teori adsorpsi yaitu tipe isoterm Langmuir, isoterm BET, isoterm Freundlich, isoterm Temkin dan isoterm Fowler. Masing- masing isoterm adsorpsi tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan, setiap konsep mengemukakan persamaannya sendiri yang dirangkum dalam tabel di bawah ini : Tabel 1 Persamaan dan Aplikasi Beberapa Teori Isoterm (Ginting, 2008) Dimana, = derajat penutupan permukaan oleh adsorbat V= volume gas yang diadsorpsi Vm = volume gas maksimum yang mungkin teradsorpsi Po = tekanan uap jenuh gas Ω= term interaksi antara partikel adsorpsi lebih lanjut K= tetapan gas Boltzman A,b,c,K,n merupakan konstanta Model isoterm adsorpsi Langmuir dan Freudlich umum digunakan untuk menentukan parameter adsorpsi pada adsorpsi cairan dengan konsentrasi rendah. Isoterm Langmuir Model Langmuir dibuat berdasarkan asumsi bahwa binding sites terdistribusi secara homogen di seluruh permukaan adsorben, dimana adsorpsi terjadi pada satu lapisan (single layer). Teori adsorpsi dari Langmuir yang berdasarkan teori kinetik gas, lebih membahas adsorpsi gas pada zat padat dan dalam penggunaannya harus berasumsi pada : 1. Partikel yang diadsorpsi terletak pada substrat yang terlokalisir ( pada ketebalan tertentu) dan homogen 2. Setiap site hanya mungkin ditempati oleh 1 partikel adsorbat 3. Gas yang teradsorpsi bersifat ideal, artinya tidak ada interaksi diantara molekul- molekul adsorbat 4. Tidak terjadi antaraksi antara molekul substrat dan partikel adsorbat, atau tidak terjadi pertukaran energi, jika terjadi tumbukan maka tumbukannya elastis sempurna. 5. Laju adsorpsi sama dengan laju desorpsi Gambar 1 Proses Adsorpsi 82

3 Persamaan Langmuir dapat ditulis sebagai berikut Xm / m = (1) m.c /Xm = 1/a + ( b/a ).C (2) Dengan membuat kurva m.c / Xm terhadap C akan diperoleh persamaan linear dengan intersep1/a dan kemiringan ( b/a), sehingga nilai a dan b dapat dihitung, dari besar kecilnya nilai a dan b menunjukkan daya adsorbsi. Isoterm Freundlich Isoterm Freundlich sering digunakan untuk menggambarkan adsorpsi senyawa organik dan inorgank dalam larutan.asumsi dari isoterm ini didasarkan bahwa ada permukaan heterogen dengan beberapa tipe pusat adsorpsi yang aktif.model isoterm adsorpsi Freundlich juga diterapkan untuk mengetahui proses adsorpsi berlangsung secara multilayer atau monolayer Pendekatan isoterm adsorpsi yang cukup memuaskan dijelaskan oleh Freundlich. Menurut Freundlich, jika y adalah berat zat terlarut per gram adsorben dan c adalah konsentrasi zat terlarut dalam larutan. Dari konsep tersebut dapat diturunkan persamaan sebagai berikut: Xm / m = k.c 1/n (3) Log ( Xm / m ) = log k + 1 /n. log C (4) dimana: Xm = berat zat yang diadsorbsi m = berat adsorben (zeolit) C = konsentrasi zat Kemudian k dan n adalah konstanta asdsorbsi yang nilainya bergantung pada jenis adsorben dan suhu adsorbsi. Bila dibuat kurva log (Xm / m) terhadap log C akan diperoleh persamaan linear dengan intersep log k dan kemiringan 1/n, sehingga nilai k dan n dapat dihitung (Handayani M. dan Eko S., 2009). METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah adsorben kulit nangka, asam klorida, soda abu, larutan kadmium, aquadest dan kertas saring Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah timbangan listrik, ph meter, magnetic stirrer, peralatan gelas. Alat analisa yang digunakan berupa Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS). Gambar 2 Rangkaian Alat Percobaan Keterangan : 1. Gelas beaker 4. Pemutar 2. Magnetic Stirer 5. Kabel 3. Meja Pemanas 83

4 Gambar 3 Rangkaian alat AAS (Atomic absorption spectroscopy) Lokasi Tempat yang digunakan untuk melaksanakan kegiatan penelitian di lakukan di Laboratoriun Proses Teknik Kimia, Laboratorium Kimia MIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta. Cara Kerja Serbuk kulit nangka aktif sebanyak 0,03 gram ditambahkan ke dalam 10 ml Cd(NO 3 ) 2.4H 2 O dengan konsentrasi 2,5 ppm. Pengaruh ph larutan ditentukan dengan penambahan larutan NaOH dan HCl dengan variasi ph 2, 4, 6, dan 8. Larutan hasil pencampuran kemudian disaring dan filtratnya diukur absorbansinya dengan AAS. HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan daya jerap optimum Untuk menentukan daya jerap optimum diperoleh dari persamaan isoterm Langmuir dan Fruendlich maka dihitung harga x/m, Ce/(x/m), log ( x/m) dan log Ce. Selanjutnya dilakukan pemetaan grafik menggunakan Microsoft Excel dengan memplotkan harga Ce/(x/m) versus Ce untuk mendapatkan persamaan Langmuir dan memplotkan log (x/m) versus log Ce untuk mendapatkan persamaan Freundlich. Sedangkan untuk persamaan Isoterm Langmuir didapat dari hasil plot antara Ce (konsentrasi akhir larutan sampel) sebagai sumbu x dan Ce/(x/m) sebagai sumbu y (Sembodo, 2005). Tabel 2 Persamaan Isoterm Langmuir dan Freundlich Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich Persamaan R² Persamaan R² = 8,5867x - 11,324 0,2451 Log (x/m) = -3,6224 x Log Ce + 0,5845 0,9836 Lanjutan Tabel 2 84

5 = 21,839x - 28,925 0,2223 Log (x/m) = -3,3951 x Log Ce + 0,3677 0,8130 = 1,0509x - 0,0971 0,9773 Log (x/m)= -0,2462 x Log Ce + 0,0261 0,8348 = -0,02244x - 2,346 0,9950 Log (x/m)= -0,2097 x Log Ce + 0,0505 0,8636 Data hasil pemetaan grafik dengan memplotkan harga Ce/(x/m) versus Ce untuk mendapatkan persamaan Langmuir dan memplotkan log (x/m) versus log Ce untuk mendapatkan persamaan Freundlich (Sembodo, 2005). Dari data Tabel 2 dipilih yang memiliki R 2 paling besar untuk dipilih sebagai dasar perhitungan yang dimasukkan ke Tabel 3. Tabel 3 Nilai konstantalangmuir dan Freundlich Isoterm Konstanta Harga Langmuir Freundlich a 44,56 b 0,00956 k 3,5385 n 0,2761 Data hasil perhitungan untuk mencari nilai konstanta tiap metode isotherm yang tepat untuk proses adsorpsi menggunakan limbah kulit nangka, dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa nilai konstanta menggunakan Isoterm Langmuir memiliki nilai paling besar sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa Isoterm Langmuir lebih tepat digunakan. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan adsorben dari kulit nangka dapat digunakan untuk menjerap logam kadmium. Konsentrasi larutan cadmium yang digunakan pada percobaan sebesar 2,5 ppm dengan variasi waktu aktivasi pembuatan adsorben 0, 12, 24, 36, dan 48 jam, variasi waktu kontak 10, 20, 30, 40, dan 50 menit serta variasi ph larutan sampel 2,4,6, dan 8. Pada percobaan ini dapat disimpulkan bahwa model isotherm Langmuir lebih tepat digunakan pada penjerapan ion cadmium dalam air dengan menggunakan adsorben kulit nangka dengan nilai konstanta a sebesar 44,56 mg/g dan nilai konstanta b sebesar 0, DAFTAR PUSTAKA Edwin V. A., 2008, Adsorption of Ni(II), Cu(II) and Fe(III) from Aqueous Solutions Using Activated Carbon, E-journal of Chemistry Ginting, F. D., 2008, Pengujian alat literatur, FT UI, Jakarta, Indonesia Handayani M., dan Eko S., 2009, Uji Persamaan Langmuir dan Freundlich pada Penyerapan Limbah Chrom(VI) oleh Zeolit, Prosiding Seminar Nasional Sains Ikhuoria, E.U. and Onojie O.C., 2007, Binding Nickel and Zinc Ions with Activated Carbon Prepared from Sugar Cane Fibre (Saccharum officinarum L.), Journal of Applied Sciences Kannan, N. and Veemaraj, T., 2010, Cadmium (II) Ions Removal by A dsorption onto Eucalyptus Globules Bark Bambusa Glaucescens Dust and Commercial Activated Carbons, Electron. J. Environ. Agric. Food Chem. 85

6 Kannan, N and Veemaraj, T., 2010, Dynamics and Equilibrium Studies for the Removal of Cadmium and Cadmium-EDTA onto Lemon Peel Carbon, Indian Journal of Environmental Protection Meena, A.K, Mishra, G.K., Nagar, P.N and Rajagopal C., 2004, Removal of Copper (II) from Aqueous Solution by Different Adsorbents, Indian J. Environmental Protection M. Revathi, Kavitha B., and Vasudevan T., 2005, Removal of Nickel Ions from Industrial Plating Effluents using Activated Alumina as Adsorbent, J. Environ. Sci. Eng Saikaew, 2010, Durian Peel as Biosorben for Removal of Cadmium Ions from Aqueos Solution, Ubon Ratchathani University, Thailand Sembodo, B., 2005, Isoterm Kesetimbangan Adsorpsi Timbal Pada Abu Sekam Padi, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Umesh, K., Satnam S., Kaur M., 2007, Removal of Ni(II) Ions from Aqueous Solutions by Sugarcane Bagasse, Pollu. Res. 86