KINETIKA DAN THERMODINAMIKA ADSORBSI ORANGE DNA 13 DENGAN ADSORBEN KARBON AKTIF ARANG BATU BARA

Transkripsi

1 KINETIKA DAN THERMODINAMIKA ADSORBSI ORANGE DNA 13 DENGAN ADSORBEN KARBON AKTIF ARANG BATU BARA Kusmiyati 1, Virgita Dwi Rachmatika 2, Dnny Vitasari 3, Ahmad M Fuadi 4 1,2,3,4 Jurusan Tknik Kimia Univrsitas Muhammadiyah Surakarta Jl A Yani Tromol Pos 1 Pablan Surakarta dnny.vitasari@gmail.com Abstrak Prcobaan adsorpsi ini mmanfaatkan karbon aktif arang batubara (KAAB)sbagai adsorbnnya, yang mana KAAB tlah diaktivasi dngan H 2 O 2 slama kurang lbih satu jam.dngan tujuan untuk mmplajari pngaruh dari paramtr pross sprti konsntrasi zat warna yang digunakan yaitu Orang DNA 13 yang mana mmpunyai brat molkul 696,1 g/mol dan rumus molkul C 24 H 18 CIN 7 O 1 S 3 pada konsntrasi 25 mg/l, 5 mg/l, 75 mg/l dan 1 mg/l, juga pngaruh ph awal cairan limbah Orang DNA 13 pada, 7 dan 9. Prcobaan ini dilakukan scara Batch dngan lama waktu pross adsorpsi yaitu 5 Mnit, 15 Mnit, 3 Mnit, 45 Mnit, 6 Mnit dan 9 Mnit dalam srangkaian alat hot plat stirrr dngan pngadukan 5-7 rpm. Stlah diadsorpsi dan dipisahkan dari padatan adsorbnnya dngan cntrifug, hasil prcobaan ini dianalisis dngan mnggunakan spktrofotomtr UV/Vis untuk mndapatkan nilai absorbansi, konsntrasi larutan stlah pross adsorpsi (C) dan konsntrasi solut yang tradsorpsi (Q). Sdangkan prsamaan yang digunakan dalam prcobaan ini adalah prsamaan Isotrm Langmuir dan Frundlich bsrta paramtr kintika modl psudo-scond-ordr rat dan psudo-first-ordr rat, yang mana stlah dicapai kstimbangan pada mnit k-45 baik pada, 7 atau 9 dapat lihat bahwa rata-rata prsn dy adsorbd 13,42 % - 2,59 %. Dan smakin tinggi konsntrasi zat warna maka harga konstanta adsorpsi k smakin kcil yaitu dari,2418 sampai,875. Kata kunci: adsorpsi ; KAAB; Orang DNA 13; spctrophotomtr UV/VIS Pndahuluan Limbah cair industri tkstil adalah smua buangan cair yang brasal dari hasil kgiatan pross produksi tkstil yang mngandung zat kimia, zat pwarna, zat-zat pmbantu yang tidak digunakan lagi. Limbah cair pada industri tkstil ini pada umumnya brsifat basa, dngan kandungan zat organik tinggi, brbau dan bwarna (Sulistyowni, 1994). Limbah cair tkstil mmpunyai karaktristik sbagai brikut: Mmpunyai warna yang pkat, Brsifat sangat basa, Padatan trsuspnsi tinggi, Mmpunyai ph tinggi, BOD tinggi (kandungan BOD brvariasi antara 5-1. mg/l, trgantung pada macam jnis tkstil yang dihasilkan). Pross pwarnaan mnjadi sumbr utama limbah tkstil yang brupa zat anorganik nitrogn dan ura, zat pngntal yang mmpunyai COD tinggi, zat warna, dan kadangkadang kandungan logam krom (Cr) dan tmbaga (Cu). Tujuan utama pngolahan limbah cair adalah untuk mngurangi kandungan zat pncmar hingga mmnuhi syarat yang diijinkan untuk bahan buangan. Scara umum trdapat 3 mtod pngolahan limbah cair, yaitu (Tchobanoglous and Burton, 1991): Pngolahan scara fisika, Pngolahan scara Kimia, dan pngolahan scara biologi. Sbagian bsar limbah cair yang brasal dari pross pwarnaan dan pnclupan tidak bisa trdgradasi scara biologi. Smntara, sbagian bsar pngolahan limbah cair konvnsional mnggunakan pross biologi. Cara ini hanya bisa mngurangkan kadar Biological Oxygn Dmand (BOD) dalam air limbah, namun tidak bisa mngatasi limbah yang brasal dari pnclupan warna scara optimal. Untuk mngatasi limbah cair yang brasal pross pwarnaan dan pnclupan diprlukan lbih dari satu pross pngolahan limbah atau dngan kombinasi dari bbrapa pross pngolahan limbah (Chattrj t al, 21). Mtod adsorpsi ini digunakan sbagai langkah yang fktif untuk mngatasi pncmaran limbah tkstil karna pnggunaan adsorbn yang murah dan ramah lingkungan juga dilakukan agar biaya pross adsorpsi dapat ditkan. Adsorbn dari bahan alam yang ramah lingkungan atau matrial hasil limbah industri mrupakan bahan yang potnsial untuk digunakan. Adapun syarat sbagai adsorbn mmiliki luas prmukaan (surfac ara), volum intrnal yang bsar, yang ditunjukkan dngan porositas. Kkuatan mkanis yang baik srta ktahanan trhadap abrasi sangat pnting, mngingat adsorbn akan mngalami pross rgnrasi brulang-ulang pada saat digunakan. Agar dapat mmisahkan bahan dngan baik, maka adsorbn harus mmiliki kmampuan transfr massa yang baik (Yang, 23). K-1

2 Arang batubara (bottom ash) mmpunyai syarat trsbut dan mmiliki gugus karbon shingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang batubara tidak mmiliki nilai konomis, dngan pmanfaatan sbagai adsorbn akan mmpunyai kuntungan konomi. Studi tntang kstimbangan dan kintika adsorpsi pada pnggunaan karbon aktif sbagai adsorbn mnurunkan kadar zat warna dari limbah tkstil sangat trbatas. Padahal pngtahuan ini sangat pnting untuk mrancang suatu pross yang optimum. Dalam hal ini akan diplajari pngaruh ph dan kosntrasi zat warna mula-mula trhadap kstimbangan dan kintika adsorpsi pada pnggunaan KAAB sbagai adsorbn shingga diktahui waktu optimum adsorpsi dan fisinsi adsorbn dngan banyaknya konsntrasi solut yang tradsorpsi (Q). Tujuan dari pnlitian ini adalah untuk mmplajari Mmplajari pngaruh dari paramtr pross sprti konsntrasi zat warna, ph awal cairan limbah srta lama waktu pross adsorpsi trhadap pross adsorpsi zat warna. Dan mnntukan prsamaan kintika dan kstimbangan adsorbsi zat warna dari limbah cair industri tkstil dngan mnggunakan adsorbn brupa karbon aktif arang batubara (KAAB). Adsorpsi Konsp dasar pngolahan limbah cair dngan mnggunakan adsorpsi ini adalah pross yang trjadi dimana adanya pmisahan suatu komponn trtntu dari suatu fluida (cairan atau gas) brpindah k prmukaan zat padat yang mnjrap (adsorbn). Adsorpsi sudah sjak dulu sring digunakan dalam pnghilangan zat warna. Adsorpsi mrupakan salah satu pross yang digunakan dalam pngolahan limbah cair, limbah prusahaan trsbut brasal dari bkas pnclupan dan pncucian (Gupta t al.,28). Kcpatan adsorpsi trgantung pada prubahan konsntrasi, luas prmukaan adsorbn, suhu, tkanan (untuk gas), ukuran partikl, dan porositas adsorbn. Slain itu juga trgantung pada ukuran molkul bahan yang akan diadsorpsi, dan viscositas campuran yang akan dipisahkan (cairan, gas). Isotrm adsorpsi adalah hubungan kstimbangan antara konsntrasi dalam fas fluida dan konsntrasi di dalam partikl adsorbn pada suhu trtntu. Untuk gas, konsntrasi itu biasanya dinyatakan dalam prsn mol atau tkanan parsial. Untuk zat cair, konsntrasi itu dinyatakan dalam satuan massa, sprti bagian pr sjuta (parts pr million, ppm). Konsntrasi adsorbn pada zat padat dinyatakan sbagai massa yang tradsorpsi pr satuan massa adsorbn awal (Mc. Cab, dkk, 1987). Modl isotrm adsorpsi Langmuir dan Frudlich umum digunakan pada adsorpsi cairan dngan konsntrasi rndah. 1. Isotrm Langmuir ( 1 ) 2. Isothrm Frundlich = + Q Q bq C o o Log Q = Log K + (1/n). Log C ( 2 ) Kstimbangan atau trmodinamika hanya mmbrikan data mngnai kadaan akhir suatu pross. Untuk mngtahui prubahan adsorpsi trhadap waktu maka prlu diplajari kintika adsorpsi. Modl yang cukup sdrhana untuk mnggambarkan kintika adsorpsi adalah modl psudo-first-ordr rat dan modl psudo-scondordr rat (Azizian, 24). 1. Modl psudo-first-ordr rat dq k1( Q Q) dt = ( 3 ) K1. t Log( Q ( 4 ) Q) = LogQ 2.33 Di mana Q dan Q adalah adalah jumlah zat tradsorpsi tiap unit massa adsorbn (mmol/kg) pada saat t dan pada kstimbangan, k 1 adalah konstanta kcpatan adsorpsi ord Modl psudo-scond-ordr rat dq dt = k ( Q Q) 2 2 ( Q Q) 1 = + k2. t Q t 1 1 =. t + 2 Q Q k2. Q Di mana k2 adalah konstanta kcpatan adsorpsi ord 2. 1 ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) K-11

3 Mtod Pnlitian Pngolahan limbah cair industri tkstil ini dilakukan dngan mnggunakan limbah sintsis dngan zat warna Orang DNA 13 yang dilakukan di laboratorium Tknik Kimia FT UMS. Eksprimn ini dijalankan dngan dngan mmanfaatkan karbon aktif arang batubara (KAAB) yang tlah diaktivasi dngan H 2 O 2 slama kurang lbih satu jam ini sbagai adsorbn brtujuan untuk mmplajari pngaruh dari paramtr pross sprti konsntrasi zat warna yang digunakan yaitu Orang DNA 13 yang mana mmpunyai brat molkul 696,1 g/mol dan rumus molkul C 24 H 18 CIN 7 O 1 S 3 pada konsntrasi 25 mg/l, 5 mg/l, 75 mg/l dan 1 mg/l, juga pngaruh ph awal cairan limbah Orang DNA 13 pada, 7 dan 9. Prcobaan ini dilakukan scara Batch dngan lama waktu pross adsorpsi yaitu 5 Mnit, 15 Mnit, 3 Mnit, 45 Mnit, 6 Mnit dan 9 Mnit dalam srangkaian alat hot plat stirrr dngan pngadukan 5-7 rpm. Stlah diadsorpsi dan dipisahkan dari padatan adsorbnnya dngan cntrifug, hasil prcobaan ini dianalisis dngan mnggunakan spktrofotomtr UV/Vis untuk mndapatkan nilai absorbansi, konsntrasi larutan stlah pross adsorpsi (C) dan konsntrasi solut yang tradsorpsi (Q). Pralatan Utama Spktrofotomtr UV/VIS adsorpsi adalah sbuah instrumn untuk mngukur absorbansi/pnyrapan cahaya dngan nrgi (panjang glombang) trtntu olh suatu atom/molkul. Bahan - Limbah Cair Industri Tkstil Sintsis Limbah cair industri tkstil sintsis ini dibuat dngan mnggunakan zat warnha Orang DNA 13 - Adsorbn Adsorbn yang digunakan dalam ksprimn ini adalah Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB) yang tlah diaktivasi dngan H 2 O 2 slama kurang lbih satu jam. Hasil dan Pmbahasan % Tradsorp Waktu (mnit) Tim (min) Gambar 1. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dngan Konsntrasi Zat Warna Stlah Adsorpsi (C) pada dan % Adsorpsi dalam adsorbn. Gambar 1 mnunjukkan bahwa trjadi pnurunan konsntrasi yang cukup bsar sampai mnit k-15. Adanya pnurunan konsntrasi zat warna pada pross adsorpsi mmbuktikan bahwa KAAB dapat digunakan untuk mnjrap zat warna Orang DNA 13. Kstimbangan juga dapat diktahui yaitu pada waktu mnit k-45 dimana tidak ada lagi prubahan konsntrasi dngan grafik yang tlah stabil. Jumlah konsnstarsi zat warna yang trjrap yaitu 13,42% (konsntrasi 5 mg/l); 11,35% (konsntrasi 75 mg/l); dan 12,29% (konsntrasi 1 mg/l) Konsntrasi 25 mg/l Waktu (mnit) %Adsorpsi Konsntrasi 25 mg/l Waktu (mnit) Gambar 2. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dngan Konsntrasi Zat Warna Stlah Adsorpsi (C) pada dan % Adsorpsi dalam adsorbn. Gambar 2 mnunjukkan bahwa trjadi pnurunan konsntrasi yang cukup bsar sampai mnit k-3. Kstimbangan juga dapat diktahui yaitu pada waktu mnit k-45 dimana tidak ada lagi prubahan konsntrasi dngan grafik yang tlah stabil. Jumlah konsnstarsi zat warna yang trjrap yaitu 25,87% (konsntrasi 25 mg/l); 2,62% (konsntrasi 5 mg/l); 15,47% (konsntrasi 75 mg/l); dan 14,43% (konsntrasi 1 mg/l). K-12

4 Konsntrasi 25 mg/l Konsntrasi 25 mg/l %Adsorpsi Waktu (mnit) Waktu (mnit) Gambar 3. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dngan Konsntrasi Zat Warna Stlah Adsorpsi (C) pada dan % Adsorpsi dalam adsorbn. Gambar 3 mnunjukkan bahwa trjadi pnurunan konsntrasi yang cukup bsar sampai mnit k-15. Kstimbangan juga dapat diktahui yaitu pada waktu mnit k-45 dimana tidak ada lagi prubahan konsntrasi dngan grafik yang tlah stabil. Jumlah konsnstrasi zat warna yang trjrap yaitu 29,21% (konsntrasi 25 mg/l); 39,77% (konsntrasi 5 mg/l); 43,97% (konsntrasi 75 mg/l); dan 48,34% (konsntrasi 1 mg/l). Q, mg/g Langmuir Q Data Linar (Frundlich) Gambar 4. Grafik Hubungan Konsntrasi Zat Warna Stlah Adsorpsi (C ) pada dngan Konsntrasi Solut yang Tradsorpsi (Q data dan Q hitung (Langmuir dan Frundlich). Gambar 4 mnunjukkan bahwa Q Frundlich lbih mndkati Q data dari pada Q Langmuir ini mnunjukkan bahwa isotrm adsorpsi Frundlich yang ssuai untuk pnlitian ini. Adsorpsi Langmuir akan lbih cpat jnuh karna pnjrapan hanya brsifat monomolkulr/monolayr shingga darah aktif pada adsorbn tidak dapat mngikat zat warna lbih banyak (lbih dari satu molkul/lapis).,7 Q, mg/g hub C dg Qdata Q Frundlich Q Langmuir , Gambar 5. Grafik Hubungan Konsntrasi Zat Warna Stlah Adsorpsi (C ) pada dngan Konsntrasi Solut yang Tradsorpsi (Q data dan Q hitung (Langmuir dan Frundlich). Gambar 5 mnunjukkan bahwa Q Langmuir lbih mndkati Q data dari pada Q Frundlich ini mnunjukkan bahwa isotrm adsorpsi Langmuir yang ssuai untuk pnlitian ini. Hubungan antara konsntrasi zat warna dngan konsntrasi solut yang tradsorpsi dapat trlihat bahwa smakin tinggi konsntrasi zat warna maka akan smakin tinggi juga konsntrasi solut pada adsorbn.,7 Q, mg/g hub C dg Qdata Q Frundlich Q Langmuir Gambar 6. Grafik Hubungan Konsntrasi Zat Warna Stlah Adsorpsi (C ) pada dngan Konsntrasi Solut yang Tradsorpsi (Q data dan Q hitung (Langmuir dan Frundlich)). K-13

5 Gambar 6 mnunjukkan bahwa smakin tinggi konsntrasi zat warna maka akan smakin tinggi juga konsntrasi solut pada adsorbn. Hal ini mnunjukkan bahwa pnjrapan zat warna olh KAAB (Karbon Aktif Arang Batubara) dapat lbih optimal pada konsntrasi tinggi. Nilai Q Frundlich lbih mndkati Q data dari pada Q Langmuir ini mnunjukkan bahwa isotrm adsorpsi Frundlich yang ssuai untuk pnlitian ini, mngingat bahwa isotrm ini digunakan untuk adsorpsi zat cair dan brasumsi bahwa luas prmukaan darah aktif pada adsorbn brbda-bda. Adapun trjadinya rror trsbut karna pross adsorpsi kurang brjalan maksimal, sprti pngaruh waktu pross adsorpsi maupun dalam analisis dngan Spktrofotomtr UV-VIS. k1,25,15 R 2 =,75 R 2 =,648 R 2 =,8211,5 -,5 25, 5 75, 1 125, k1,25,15, Gambar 7. Hubungan Konsntrasi Zat Warna (C ø ) dngan Konstanta Kcpatan Adsorpsi (k 1 ) pada,, dan. grafik diatas ditunjukkan bahwa hubungan konsntrasi zat warna (C ø ) dngan konstanta kcpatan adsorpsi (k 1 ) pada modl psudo-first-ordr rat (ord 1) didapatkan harga ksalahan rlatif (R 2 ) sbsar,75 (pada );,648 (pada ); dan,8211 (pada ). k2,8,7 R 2 =,516 R 2 =,466 R 2 =,146 25, 5 75, 1 125, k Gambar 8. Hubungan Konsntrasi Zat Warna (C ø ) dngan Konstanta Kcpatan Adsorpsi (k 2 ). Pada modl psudo-scond-ordr rat (ord 2) harga konstanta kcpatan adsorpsi (k 2 ) yang tidak mnntu dipngaruhi olh konsntrasi zat warna (C ø ). Yang mana smakin tinggi konsntrasi zat warna (C ø ) maka harga konstanta adsorpsi (k 2 ) akan smakin kcil. Dan didapatkan harga ksalahan rlatif (R 2 ) sbsar,466 (pada );,516 (pada ); dan,146 (pada ). Ksimpulan - Smakin tinggi konsntrasi zat warna (C) maka akan smakin tinggi juga konsntrasi solut pada adsorbn (Q) dan pada pnlitian ini kstimbangan trjadi pada mnit k Isotrm Adsorpsi Frundlich mrupakan modl isotrm adsorpsi yang ssuai untuk prcobaan Adsorpsi zat warna Orang DNA 13 dngan KAAB pada ph4 dan sdangkan isotrm adsorpsi Langmuir lbih ssuai untuk prcobaan trsbut pada. - Kintika modl psudo-first-ordr rat (ord 1) lbih ssuai untuk pross adsorpsi pada ini. - Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB) dapat digunakan sbagai adsorbn pngolahan limbah cair. Daftar Pustaka Azizian, S. (24), Kintic modls of sorption: a thortical analysis, Journal of Colloid and Intrfac Scinc, 276(1): Carrott, P.J.M., Ribiro Carrott, M.M.L., Robrts, R.A.,1991. Physical Adsorption of Gass by Microporous Carbons. Colloids Surf. 58, K-14

6 Chattrj, D., B. Ruj, A. Mahata, 21, Adsortion and Photochatalysis of Colour Rmoval From Wastwatr Using Flyash and Sunlight, Catalysis Communication, 2, Cimino, G., Passrini. A., and Toscano, T., 2, Rmoval of Toxic Cations and Cr (VI) From Aquous Solution by Hazlnut Shll, Wat. Rs., 34, Do, D.D., 1998, Adsorption Analysis Equilibria and Kintics, Imprial Collg Prss, Qusland. Gupta V.K., D. mohan, S. Sharma, M. Sharma,2, Rmovl of Basic Dys (Rhodaminb and Mthyln Blu) from Aquous Solutions Using Bagas Fly Ash, Sp. Scinc Tchnology, 35, Isminingsih, dkk, 1982, Pngantar Kimia Zat Warna, ITB, Bandung. Malik, P. K. (23), Us of Activatd Carbons Prpard From Sawdust and Ric-Husk for Adsorption of Acid Dys: A Cas Study of Acid Yllow 36, Dy Pigmnts, 56: Mc. Cab, W. Smith,J., Harriot,P Unit Opration of Chmical Enginring, 5 th d, Mc Graw-Hill, inc. Nw York. Sulistyowni, 1994, Pnanganan Limbah Industri Tkstil Di DKI Jakarta, Pusat Pnlitian Sumbr Daya manusia dan Lingkungan, Lmbaga Pnlitian UI, Jakarta. Tchobanoglous, G. and F. L. Burton (1991), Wastwatr Enginring: Tratmnt, Disposal and Rus, Mc Graw- Hill Book Co, Singapor. Yang, R. T. 23, Adsorbnts: fundamntals and Applications, John Wily & S K-15