KINETIKA SORPSI ION ZINK (II) PADA PARTIKEL GAMBUT

Transkripsi

1 Prosiding SNaPP2012 : Sains, Tknologi, dan Kshatan ISSN KINETIKA SORPSI ION ZINK (II) PADA PARTIKEL GAMBUT 1 Munawar 1 Jurusan Tknik Kimia Politknik Ngri Lhoksumaw, Jl. B. Ach - Mdan Km. 280, Buktrata Lhoksumaw mail: 1 munawwar_r1@yahoo.com Abstrak. Zink mrupakan salah satu jnis logam brat yang rlatif sring dijumpai sbagai pncmar air tanah dan air prmukaan. Dalam konsntrasi rndah, ion zink(ii) mrupakan lmn snsial bagi kshatan, namun dalam konsntrasi tinggi zink mrupakan polutan brbahaya yang dapat mnybabkan brbagai masalah kshatan srius bagi manusia. Karna itu, kbradaan ion zink(ii) dalam air minum harus dibatasi pada jumlah maksimum skitar 3 mg/l. Pnlitian ini brtujuan mmplajari pnggunaan gambut untuk mrduksi ion zink(ii) dari larutan. Eksprimn dilakukan scara batch pada kondisi tmpratur ruang (26 ± 3 o C), mnggunakan sjumlah raktor batch yang dipasang pada rotary shakr. Di dalam stiap raktor, larutan zink dngan bbrapa variasi konsntrasi awal (50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l, 200 mg/l, dan 250 mg/l) dikontakkan dngan gambut tropis kring (dosis 60 g/l) pada ph 6 slama 3 jam. Sbagai variabl rspon, dipriksa konsntrasi rsidual ion zink(ii) dalam larutan dngan mtod standar (Zincon Mthod). Hasil analisis data mnunjukkan bahwa fisinsi sorpsi optimum ion zink mncapai 90,68%, yang trjadi pada konsntrasi awal 50 mg/l. Kintika sorpsi ion zink(ii) pada partikl gambut tropis Indonsia sangat cocok dngan modl psudo-ord dua (R 2 = 0,997-1,0). Nilai konstanta kintika sorpsi, k adalah 0,47-0,155 g.mnit/mg, sdangkan kapasitas sorpsi kstimbangan, q adalah 0,8-3,01 mg/g. Kata kunci: gambut, kintika sorpsi, zink. 1. Pndahuluan Pncmaran olh logam brat mrupakan salah satu masalah global lingkungan dwasa ini. Brtambahnya jumlah polutan yang trus dibuang k lingkungan tlah mmbawa dampak yang kian mngkhawatirkan trhadap khidupan. Zink mrupakan salah satu jnis logam brat brbahaya yang rlatif sring dijumpai sbagai pncmar air tanah dan air prmukaan. Pada konsntrasi rndah, ion zink(ii) mrupakan lmn snsial bagi kshatan Ttapi, paparan logam zink(ii) pada tingkat konsntrasi tinggi dapat mnybabkan brbagai gangguan kshatan srius sprti iritasi kulit, batuk, anmia, krusakan pankras, gangguan mtabolism protin, artriosclrosis, hingga rusaknya sistm prnafasan. Dngan sdrt rsiko trhadap kshatan trsbut, zink(ii) digolongkan sbagai salah satu polutan utama yang ada di alam. Studi pnyisihan logam zink (II) dipandang cukup urgn untuk dilakukan mngingat logam trsbut trgolong brbahaya bagi khidupan. Mtod pnyisihan yang dapat dipilih antara lain adalah chmical tratmnt, pross lktrolisis, pross adsorpsi, pross biormoval dan pross mmbran. Scara umum, pross-pross trsbut trgolong pross brbiaya mahal (high cost procss) trutama dari aspk biaya matrial. Karna itu, salah satu aspk pnting yang mnarik untuk ditliti adalah mngnai pnggunaan matrial brbiaya murah (low cost matrial) untuk mnkan biaya oprasi. 233

2 234 Munawar Gambut adalah salah satu matrial yang layak dipilih sbagai adsorbn altrnatif untuk pnyisihan ion zink (Munawar, 2009). Disamping trsdia cukup mlimpah di Indonsia, gambut diktahui mmiliki daya srap yang rlatif tinggi trhadap bahanbahan trlarut sprti logam dan snyawa organik polar (Brown dkk, 2000; Akinbiyi, 2000). Skalipun sudah banyak ditliti, namun gambut Indonsia trmasuk jnis gambut yang blum banyak ditliti pnggunaannya untuk kgiatan pngndalian pncmaran. Pnlitian ini brtujuan mmplajari kintika dan kapasitas sorpsi ion zink(ii) pada partikl gambut tropis Indonsia. Ruang lingkup pnlitian mliputi: 1) studi fisinsi dan kapasitas sorpsi ion zink(ii); srta 2) studi modl kintika sorpsi ion zink(ii) pada partikl gambut. 2. Mtod Pnlitian 2.1 Adsorbn Gambut yang digunakan sbagai adsorbn dalam pnlitian ini diambil dari Dsa Sungai Raya Dalam Kcamatan Sungai Raya, Kabupatn Pontianak, Propinsi Kalimantan Barat. Sblum digunakan sbagai adsorbn, gambut trlbih dahulu dikringkan pada tmpratur 105 o C slama 8 jam (Ho dan McKay, 2004), dilanjutkan dngan pnyragaman ukuran partikl gambut mnggunakan MBT-ASTM standar tst siv hingga diprolh adsorbn dngan ukuran partikl 70/200 msh. Karaktristik adsorbn yang digunakan ditunjukkan pada Tabl 1. Warna Tabl 1. Karaktristik Adsorbn Paramtr Nilai Coklat tua ph 3,25-3,36 Bahan organik, % 71,93-77,35 Karbon organik, % 40,8-46,92 Kadar air, % 48,8-54,18 N total, % 1,05-1,13 KTK, cmol/kg 36,6-39,2 Bulk dnsity, g/cm 3 0,3436-0,4986 Porositas total, % 63,0 85,0 Sumbr: Hasil karaktrisasi gambut 2.2 Limbah Artifisial Limbah artifisial zink(ii) yang digunakan diprsiapkan dari snyawa hidrat zink(ii) sulfat. Mula-mula diprsiapkan larutan stock zink dngan cara mlarutkan 4,3965 g kristal ZnSO 4.7H 2 O (Mrck) di dalam 10 ml asam nitrat (1+1), lalu dipanaskan bbrapa mnit untuk mnghilangkan oksida nitrogn, dan dilarutkan dngan aquads hingga volum 1 litr. Dngan cara ini diprolh larutan stok dngan konsntrasi zink sbsar 1000 ppm, di mana 1 ml larutan stok stara dngan 1 mg zink. Ksluruhan limbah artifisial zink dibuat dngan cara mngncrkan larutan stok trsbut. Prosiding Sminar Nasional Pnlitian dan PKM : Sains, Tknologi dan Kshatan

3 Kintika Sorpsi Ion Zink (II) pada Partikl Gambut Sorpsi Ion Zink(II) Prcobaan sorpsi dilakukan di dalam sjumlah labu rlnmyr volum 125 ml, pada tmpratur ruang (26 ± 3 o C). K dalam stiap rlnmyr, dimasukkan sbanyak 50 ml larutan zink (ph o = 6) dan 3,0 g gambut, dan diaduk dngan rotary shakr slama 3 jam. Stiap rlnmyr mwakili satu variabl konsntrasi awal ( mg/l) dan waktu (5-180 mnit). Pada stiap titik dalam rang waktu trsbut, satu raktor dipisahkan, lalu diambil 15 ml suprnatan, disntrifugasi dngan cntrifug pada 5000 rpm slama 10 mnit (Raji dan Anirudhan, 1998; Sakadvan dan Bavor, 1998) dan dipriksa konsntrasi rsidual zink(ii) dngan spktrofotomtr pada panjang glombang 620 nm (APHA, 1998). Sisa campuran dipisahkan dngan krtas saring Whattman No. 40, dan dipriksa ph akhir larutan dngan ph mtr. 2.4 Analisis Modl Kintika Sorpsi Analisis modl kintika sorpsi dilakukan dngan modl-modl kintika yang cukup aplikatif untuk sistm liquid-solid yaitu modl kintika psudo-ord 1 (modl Lagrgrn) dan modl psudo-ord 2 (modl Ho dan McKay). Pmilihan kdua modl trsbut didasarkan pada fakta bahwa kdua modl trsbut tlah dipakai scara luas untuk sistm liquid-solid. Modl psudo-ord 2 bahkan dapat dikatakan sangat spsifik untuk sistm logam-gambut, karna dikmbangkan brdasarkan raksi komplksasi antara logam dngan gambut. Modl psudo-ord 1 (modl Lagrgrn) adalah modl kintika mkanistik prtama untuk sistm liquid-solid yang brbasis kpada kapasitas solid. Modl kintika trsbut adalah salah satu prsamaan kintika yang tlah diaplikasikan scara luas untuk mndiskripsikan sorpsi suatu zat trlarut dari larutan. Bntuk umum psudo-ord 1 adalah (Ho dan McKay 1999) : dqt k( q q ) t dt Dngan q adalah kapasitas sorpsi pada kstimbangan (mg/g), q t kapasitas sorpsi pada waktu trtntu (mg/g), k kontanta kintika. Intgrasi prsamaan untuk kondisi batas t = 0 hingga t = t dan q t = 0 hingga q t = q t mmbrikan hasil : q ln kt q q t Dalam bntuk linir: ln( q q ) ln q kt... (1) Plot log(q - q t ) trhadap t atau plot ln(q - q t ) trhadap t, mrupakan kurva linir dngan slop = k, dan intrsp = ln q. Modl psudo-ord 2 (modl Ho dan Mckay) adalah salah satu modl mkanistik trbaru yang blakangan sudah digunakan scara luas untuk mnjlaskan dinamika pross sorpsi. Modl kintika ini dikmbangkan olh Ho dan McKay (1999) brdasarkan raksi komplksasi prmukaan antara ion tmbaga(ii) dngan gambut. Eksprsi laju raksi psudo-ord 2 adalah: dqt k dt t ( q q t 2 ) ISSN: Vol 3, No.1, Th, 2012

4 236 Munawar Dimana k adalah konstanta kintika sorpsi (g/mg.mnit). Intgrasi prsamaan trsbut untuk kondisi batas t = 0 hingga t = t dan q t = 0 hingga q t = q t mmbrikan hasil: 1 1 kt ( q qt ) q Atau: t 1 1 t 2 q kq... (2) q t Plot t/q t trhadap t, mrupakan kurva linir dngan slop = 1/q dan intrsp = 1/kq 2. Analisis modl kintika sorpsi pada pnlitian ini dilakukan dngan mtod rgrsi linir mnggunakan prsamaan (1) untuk modl psudo-ord 1, prsamaan (2) untuk modl psudo-ord 2, dan prsamaan (3) untuk modl ord Hasil dan Pmbahasan 3.1 Efisinsi dan kapasitas sorpsi Prcobaan kintika sorpsi dilakukan pada kondisi optimum pross batch, yaitu ph awal 6, dosis adsorbn 60 g/l, ukuran partikl adsorbn 70/200 msh (Munawar, 2009), dngan variasi konsntrasi awal zink(ii) mg/l. Data prcobaan mmprlihatkan bahwa pross sorpsi brlangsung dalam tiga fas, yaitu fas cpat, fas modrat, dan fas lambat (Gambar 1). Fas cpat trjadi dalam 5 mnit prtama, di mana konsntrasi rsidual zink turun scara signifikan dngan fisinsi sorpsi antara 20,5-41,51 %. Kmudian sorpsi fas modrat dalam 35 mnit brikutnya. Dalam fas ini, fisinsi sorpsi mningkat antara 23,65-43,03 % mnjadi 64,45-84,62 %. Slanjutnya sorpsi mmasuki fas lambat hingga trcapai kstimbangan. Pada fas ini, hanya trjadi sdikit knaikan fisinsi sorpsi, yaitu 4,09-6,06 %. Scara ksluruhan, pross sorpsi tlah mncapai kstimbangan dalam waktu kontak skitar 60 mnit. Efisinsi sorpsi optimum adalah sbsar 90,68 %, yang dicapai pada konsntrasi awal trndah ion zink (50 mg/l) Co = 50 mg/l Co = 100 mg/l Co = 150 mg/l Co = 200 mg/l Co = 250 mg/l konsntrasi sng, mg/l w aktu, mnit Gambar 1. Profil konsntrasi rsidual zink(ii) trhadap waktu Prosiding Sminar Nasional Pnlitian dan PKM : Sains, Tknologi dan Kshatan

5 Kintika Sorpsi Ion Zink (II) pada Partikl Gambut 237 Skalipun mmprlihatkan pola yang sragam dngan profil fisinsi sorpsi, kapasitas sorpsi justru mningkat dngan makin bsarnya konsntrasi awal zink (Gambar 2). Hal trsbut diprkirakan trjadi karna mningkatnya gaya dorong (driving forc) pross sorpsi dngan makin bsarnya konsntrasi zink di dalam larutan, shingga kuantitas ion zink yang trikat pada sit aktif gambut mningkat. Namun dmikian, knaikan ini jauh lbih kcil dibandingkan slisih konsntrasi awal zink di dalam larutan, shingga fisinsi sorpsi justru makin brkurang dngan makin bsarnya konsntrasi awal ion zink. Untuk konsntrasi awal 50 mg/l, kapasitas sorpsi pada akhir pross sorpsi adalah 0,75 mg/g, dan scara konsistn mningkat pada konsntrasi awal zink yang lbih tinggi. Untuk konsntrasi awal 250 mg/l kapasitas sorpsi mncapai 2,89 mg/g Co = 50 mg/l Co = 100 mg/l Co = 150 mg/l Co = 200 mg/l Co = 250 mg/l kapasitas sorpsi, mg/g w aktu, mnit Gambar 2. Kapasitas sorpsi trhadap waktu Para pnliti sblumnya mnmukan fakta yang brbda-bda tntang fisinsi sorpsi ion zink dngan gambut. Faktor prbdaan jnis gambut nampaknya mnjadi alasan utama prbdaan trsbut. Zhipi dkk (1984) yang mnggunakan gambut Cina mlaporkan fisinsi sorpsi antara 17-96,9 %. Smntara Lsli (1974), yang mmakai gambut lumut mlaporkan fisinsi sorpsi sbsar 98,9 %. Sdangkan Gosst dkk (1986) yang mnggunakan jnis gambut oligotropik mlaporkan fisinsi sorpsi sbsar 90 % (Brown dkk, 2000), yang cukup dkat dngan hasil pnlitian ini. 3.2 Modl kintika sorpsi Salah satu tujuan utama prcobaan kintika sorpsi adalah mndapatkan modl kintika sorpsi yang ssuai untuk sistm yang dianalisis, srta mndapatkan nilai-nilai paramtr kintika sorpsi. Dalam studi ini, data-data prcobaan kintika batch akan valuasi dngan modl-modl kintika yang cukup aplikatif untuk sistm liquid-solid ISSN: Vol 3, No.1, Th, 2012

6 238 Munawar yaitu modl kintika psudo-ord 1, dan modl psudo-ord 2 Kdua modl ini tlah trbukti sangat aplikatif untuk mndiskripsikan kintika sorpsi untuk brbagai sistm liquid-solid. Untuk sistm logam-gambut, modl psudo-ord 2 mrupakan modl yang sangat spsifik, karna modl trsbut dikmbangkan brdasarkan mkanism sorpsi logam pada prmukaan gambut. Analisis rgrsi linir untuk pnntuan modl kintika srta nilai-nilai paramtr kintika sorpsi untuk kdua modl trsbut ditampilkan pada Gambar 3. Modl-modl kintika sorpsi mnunjukkan prbdaan kofisin dtrminasi yang cukup signifikan. Kofisin dtrminasi modl Psudo Ord 1 adalah 0,92-0,968, suatu nilai yang cukup rndah apabila dibandingkan dngan kofisin dtrminasi modl Psudo Ord 2 yang brkisar antara 0,997-1,00 (Tabl 2). Shingga dapat dikatakan bahwa kintika sorpsi ion logam zink(ii) pada partikl gambut mrupakan modl kintika psudo-ord dua. ln (q - q t ) Co = 50 mg/l Co = 100 mgl Co = 150 mg/l Co = 200 mg/l Co = 250 mg/l trndlin t/q t, g.mnit/mg Co = 50 mg/l Co = 100 mg/l Co = 150 mg/l Co = 200 mg/l Co = 250 mg/l trndlin t (mnit) t (mnit) Gambar 3. Analisis rgrsi modl psudo-ord 1 dan psudo-ord 2 C o (mg/l) Tabl 2. Prbandingan modl kintika sorpsi Modl Psudo Ord 1 Modl Psudo Ord 2 q, mg/g k, L/mn r 2 q, mg/g k, mn.g/mg r ,978 0,047 0,920 0,799 0,155 0, ,122 0,041 0,946 1,458 0,092 0, ,677 0,046 0,957 2,220 0,047 0, ,544 0,041 0,968 2,558 0,058 1, ,842 0,050 0,965 3,005 0,061 0,999 Pnlitian trdahulu olh Gosst dkk (1986), mnunjukkan bahwa kintika sorpsi sng dngan gambut mrupakan modl ord 2 (Ho dan McKay, 1999). Namun, sjauh ini data Gosst dkk (1989) blum prnah divalidasi dngan modl-modl kintika trbaru trmasuk dngan modl psudo-ord dua. Fakta mnarik dilaporkan Prosiding Sminar Nasional Pnlitian dan PKM : Sains, Tknologi dan Kshatan

7 Kintika Sorpsi Ion Zink (II) pada Partikl Gambut 239 olh Ho dan McKay (1999), yang mlakukan validasi modl kintika sorpsi untuk brbagai jnis sorbat dan sorbn yang prnah dilaporkan olh pnliti sblumnya. Smua sistm yang divalidasi trsbut trnyata lbih tpat dirprsntasikan sbagai modl psudo-ord dua. Untuk sistm logam-gambut, tmuan Ho dan McKay ini dikuatkan olh bbrapa pnlitian trakhir, yang smuanya mlaporkan kcocokan modl psudo-ord dua (Tabl 3). Tabl 3. Modl kintika sorpsi untuk sistm logam-gambut Sorbat Modl kintika (litratur) Modl kintika trbaru Rfrnsi Pb(II) Ord 2 (Ho & McKay, 1999) Psudo-ord 2 Akinbiyi (2000); Ho & McKay (2000) Cu(II) Ord 2 (Ho & McKay, 1994; Psudo-ord 2 Ho & McKay (2000) Gosst dkk, 1986) Elovich Ho & McKay (2004) Ni(II) Ord 2 (Ho dkk, 1995; Gosst dkk, 1986) Psudo-ord 2 Ho dan McKay (2000) Zn(II) Ord 2 (Gosst dkk, 1986) Psudo-ord 2 Studi ini (2012) 3. Ksimpulan Dari hasil pnlitian yang tlah dilakukan dapat disimpulkan bahwa gambut tropis Indonsia mmiliki kinrja yang cukup baik sbagai adsorbn untuk pnyisihan ion zink(ii) dari larutan. Efisinsi sorpsi optimum mncapai 90,68 %, diprolh pada konsntrasi awal 50 mg/l ion zink. Kapasitas sorpsi ion zink mningkat ssuai dngan bsar konsntrasi awal zink(ii), dngan kuantitas antara 0,75-2,89 mg/g. Kintika sorpsi ion zink(ii) pada partikl gambut sangat cocok dngan modl psudo-ord dua, dngan kofisin dtrminasi (R 2 ) antara 0,997-1,0. Nilai konstanta kintika sorpsi, k adalah 0,47-0,155 g.mnit/mg, dan kapasitas sorpsi kstimbangan, q adalah 0,8-3,01 mg/g. 4. Daftar Pustaka Akinbiyi, A. (2000), Rmoval of Lad from Aquous Solutions by Adsorption Using Pat Moss, Thsis, Univrsity of Rgina, Canada, APHA (1998), Standard Mthods for Examination of Watr and Wast Watr, 4th dition, Amrican Public Halth Association, Washington DC. Brown, P.A, Gill, S.A, dan Alln, S.J. (2000), Mtal rmoval from wastwatr using pat, Watr Rsarch, 34(16), Gosst, T, Trancart, J.L, dan Thvnot D.R, (1986), Batch mtal rmoval by pat kintics ad thrmodynamics, Watr Rsarch, 20(1), Ho, Y.S, John Was, D.A, Forstr, C.F. (1995), Batch nickl rmoval from aquous solution by sphagnum moss pat, Watr Rsarch, 29(5), Ho, Y.S, McKay, G. (2004), Sorption of coppr(ii) from aquous solution by pat, Watr, Air, and Soil Pollution, 158, Ho, Y.S., McKay, G. (1999), Psudo-scond ordr modl for sorption procss, Procss Biochmistry, 34, ISSN: Vol 3, No.1, Th, 2012

8 240 Munawar Lsli, M.D. (1974), Pat: Nw mdium for trating dy hous fflunt, Amrican Dystuff Rportr, 63(8), pp Munawar, (2009), Pnggunaan gambut oligotropik sbagai adsorbn untuk pnyisihan ion zink(ii), Jurnal Tknologi, Vol. 9, No. 2, Oktobr 2009, hal Raji, C., Anirudhan, T.S. (1998), Batch Cr(VI) rmoval by polyacrylamid-graftd sawdust, Watr Rsarch, 32(12), Sakadvan, K., Bavor, H.J. (1998), Phospat adsorption charactristics of soils, slags and zolit to b usd as substrat in constructd wtland systms, Watr Rsarch, 32(2), Zhipi, Z, Junlu, Y, Znghui, W, Piya, C. (1984), A Prliminary Study of Th Rmoval of Pb 2+, Cd 2+,Zn 2+, Ni 2+, Cr 2+ from Wastwatr with Svral Chinss Pat, Procding of Th Svnth Intrnational Pat Congrss, Dublin, Prosiding Sminar Nasional Pnlitian dan PKM : Sains, Tknologi dan Kshatan