HASIL DAN PEMBAHASAN. Adsorpsi Zat Warna

Transkripsi

1 Adsorpsi Zat Warna Pembuatan Larutan Zat Warna Larutan stok zat warna mg/l dibuat dengan melarutkan mg serbuk Cibacron Red dalam air suling dan diencerkan hingga liter. Kemudian dibuat kurva standar dari larutan hasil pengenceran larutan stok ini dengan konsentrasi 5,, 2, 3, 4, dan 5 mg/l (Lampiran 2). Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Panjang gelombang maksimum diukur dengan spektrofotometer Spectronic 2D + pada rentang panjang gelombang nm dengan larutan Cibacron Red 5 mg/l. Penentuan Waktu ptimum Adsorpsi Sebanyak g adsorben dimasukkan ke dalam 5 ml larutan Cibacron Red 5 mg/l, kemudian larutan digojok dengan alat gojok. Adsorpsi dilakukan dengan variasi waktu adsorpsi, 3, 6, 9, 2, dan 5 menit. Campuran disaring dan absorbansi filtrat diukur pada panjang gelombang maksimum. Waktu optimum ditentukan dengan menghitung efisiensi dan kapasitas adsorpsi maksimum. Penentuan Bobot ptimum Adsorben Variasi bobot adsorben yang digunakan adalah.5,.,.5, 2., dan 2.5 g. Masingmasing dimasukkan ke dalam 5 ml larutan Cibacron Red 5 mg/l, kemudian digojok dengan alat gojok selama waktu optimum. Campuran disaring dan absorbans filtrat diukur pada panjang gelombang maksimum. Setelah itu, dihitung efisiensi adsorpsi dan kapasitas adsorpsi menggunakan rumus sebagai berikut: V(C o C) Q m Persentase adsorpsi dapat dihitung dengan mengunakan persamaan: (C C) (%) o % C o Keterangan: Q = kapasitas adsorpsi V = volume larutan (L) C o = konsentrasi awal (mg/l) C = konsentrasi akhir (mg/l) m = bobot adsorben (g) Penentuan isbah ptimum Adsorben Adsorben dengan nisbah tertentu ditimbang sebanyak, g dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 5 ml larutan Cibacron Red 5 mg/l. Campuran digojok selama 6 menit, disaring dan diambil filtratnya, kemudian diukur dengan spektrofotometer Spectronic 2D + pada panjang gelombang maksimum. Penentuan Isoterm Adsorpsi (Victoria 29) Erlenmeyer yang berisi, g adsorben dengan nisbah optimum ditambah dengan 5 ml zat warna pada berbagai konsentrasi, yaitu 2, 4, 6, 8, dan mg/l, lalu digojok selama 2 menit. Setelah itu, disaring dan diambil filtratnya untuk diukur dengan spektrofotometer Spectronic 2D + pada panjang gelombang 56 nm. Persamaan regresi linear menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich dibuat untuk menentukan jenis isoterm yang sesuai. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran. Penentuan Waktu ptimum dan Pengaruh Bobot Adsorben Arang Aktif Metode penentuan waktu optimum dan pengaruh bobot adsorben arang aktif dilakukan dengan merujuk pada metode penentuan waktu optimum dan bobot optimum adsorben ATA. ASIL DA PEMBAASA Aktivasi Ampas Tebu, Kaolin, dan Bentonit Aktivasi ampas tebu dengan 3 P 4 3% dan a, bertujuan menghilangkan senyawa-senyawa selain polisakarida yang larut dalam asam dan basa, agar tidak ikut berperan dalam mekanisme adsorpsi zat warna. Aktivasi kaolin menggunakan 2 S 4 3% bertujuan melarutkan komponenkomponen seperti Fe 2 3, Al 2 3, Ca, dan Mg yang mengisi ruang antarlapisan kaolin, sehingga menambah luas permukaan adsorben. Ion-ion Ca 2+ dan Mg 2+ yang berada pada permukaan kristal adsorben secara berangsur-angsur juga akan digantikan oleh ion + dari 2 S 4 (Gambar 4). Begitu juga halnya dalam aktivasi bentonit. Kation logam seperti a +, Ca 2+, dan Mg 2+ dalam struktur bentonit digantikan dengan + dari 2 S 4 (Gambar 5).

2 Gambar 4 Skema interaksi proton dengan struktur kaolin (Dudkin et al. 24). Gambar 5 Skema interaksi proton dengan struktur bentonit (Darma 2). Adsorpsi Cibacron Red Penjerapan zat warna oleh ampas tebu berlangsung melalui reaksi antara gugus- selulosa dalam ampas tebu dan gugus-gugus tertentu pada zat warna tekstil. Zat warna reaktif dapat mewarnai serat selulosa dalam kondisi tertentu dan membentuk senyawa dengan ikatan kovalen (Gambar 6) atau ikatan hidrogen (Gambar 7). Cl -Selulosa a S a S + -Selulosa S a S S a S a a S S a a Gambar 6 Mekanisme reaksi substituís selulosa dan Cibacron Red. + Cl

3 Cl Cl a S a S -Selulosa a S S a + -Selulosa S a a S S a S a Gambar 7 Mekanisme reaksi pembentukan ikatan hidrogen antara selulosa dan Cibacron Red. Seleksi Adsorben Adsorben yang digunakan pada tahap seleksi adalah campuran bentonit-ampas tebu, campuran kaolin-ampas tebu, dan ampas tebu. Adsorben campuran dari kaolin, bentonit dan ampas tebu dibuat dengan nisbah 75:25, 5:5, dan 25:75 dan :. Pengaruh perlakuan adsorben dan nisbahnya terhadap kapasitas dan efisiensi adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9. (m g / g),8 8,6 7,4 6,2 5,,8 4,6 3,4 2,2 A A2 A3 B B2 B3 C C2 C3 D D2 D3 E E2 E3 F F2 F3 Campuran adsorben (%) Gambar 8 Seleksi campuran adsorben nisbah 25:75 (); 5:5 (2); dan 75:25 (3). A (ATAK), B (ATBK), C (ATABA), D (ATBBA), E (ATAB), dan F (ATBB). Efisiensi penjerapan (%) Gambar 9 G I J K L M Adsorben Kapasi tas adsorpsi 2,5 2,,5,,5 (% ) Kapasitas penjerapan Perlakuan optimum adsorpsi Cibacron Red dengan nisbah :. G (ATB), (ATA), I (AT), J (KA), K (K), L (BA), dan M (B). asil penelitian menunjukkan bahwa kapasitas dan efisiensi adsorpsi terbesar dihasilkan oleh adsorben yang terbuat dari ampas tebu dengan aktivasi asam (ATA). Pada nisbah optimum tersebut diperoleh kapasitas adsorpsi sebesar.94 mg/g dan efisiensi adsorpsi sebesar 77.59%. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 3. Adsorben lainnya, yaitu ampas tebu (AT) dan ampas tebu teraktivasi basa (ATB) tidak mengadsorpsi. al ini menunjukkan bahwa pencucian basa tidak sesuai untuk perlakuan awal adsorben ampas tebu. Perlakuan tersebut menyebabkan ampas tebu semakin bermuatan negatif sehingga kurang untuk mengadsorpsi zat warna reaktif Cibacron Red yang bermuatan negatif. ptimalisasi Adsorpsi Cibacron Red pada Ampas Tebu Teraktivasi Asam (ATA) Adsorben ATA ditentukan kondisi optimum adsorpsinya terhadap zat warna reaktif Cibacron Red dengan mengukur dua parameter, yaitu waktu adsorpsi dan bobot adsorben. Setelah itu, jenis isoterm adsorpsinys ditentukan. Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda. Waktu Adsorpsi Efisiensi dan kapasitas adsorpsi meningkat dengan bertambah lamanya waktu adsorpsi (Gambar ). Larutan Cibacron Red yang diadsorpsi berkonsentrasi 5 mg/l. Konsentrasi larutan cibacron red menurun dari 5 mg/l menjadi 7.99 mg/l. Waktu optimum adsorpsi yang diperoleh adalah 2 menit dengan kapasitas adsorpsi 2. mg/g, artinya setiap g adsorben mampu mengadsorpsi 2. mg ion Cibacron Red dalam waktu 2 menit dengan efisiensi adsorpsi 84%. Setelah 2 menit, kapasitas dan efisiensi adsorpsi

4 cenderung tetap. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 4. al ini menunjukkan bahwa adsorben telah jenuh oleh zat warna Cibacron Red. Jika proses dilanjutkan, maka kemungkinan tidak ada lagi zat warna yang diadsorpsi oleh adsorben, sampai akhirnya terjadi pelepasan kembali atau desorpsi. (%) Gambar Bobot Adsorben Waktu (menit) 2,5 2,5,5 Waktu optimum adsorpsi Cibacron Red oleh ampas tebu teraktivasi asam. Bobot adsorben berpengaruh terhadap kapasitas dan efisiensi adsorpsi larutan Cibacron Red dengan konsentrasi 5 mg/l (Gambar ). (%) ,5,,5 2, 2,5 Bobot adsorben (g) 2,5 2,,5,,5 Gambar Pengaruh bobot adsorben ampas tebu teraktivasi asam terhadap adsorpsi Cibacron Red. Data pada Lampiran 5 menunjukkan bahwa nilai kapasitas adsorpsi tidak sejalan dengan efisiensi adsorpsi. Sebagai contoh, pada kondisi waktu dan konsentrasi yang sama, kenaikan bobot adsorben menurunkan kapasitas adsorpsi, tetapi meningkatkan efisiensi adsorpsi. menunjukkan banyaknya adsorbat yang diadsorpsi per satuan bobot adsorben. Karena itu, nilainya dipengaruhi oleh besarnya bobot adsorben. Jika bobot adsorben dinaikkan, sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap, peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat, sehingga dibutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai kesetimbangan. Disisi lain efisiensi adsorpsi menyatakan banyaknya konsentrasi zat warna yang diadsorpsi oleh adsorben. Karena itu nilainya hanya ditentukan oleh perubahan konsentrasi zat warna setelah diadsorpsi oleh adsorben. Semakin banyak adsorben yang digunakan, semakin banyak warna yang diadsorpsi. al ini memperkuat penelitian Diapati (29) dan Victoria (2) yang menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menurukan kapasitas adsorpsi dan meningkatkan efisiensi adsorpsi. asil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi Cibacron Red meningkat dari 4.7% sampai 99.52% dengan variasi bobot dari.5 g sampai 2.5 g. Sebaliknya kapasitas adsorpsi menurun dari 2.6 mg/g menjadi. mg/g. Saat bobot.5 gram hampir seluruh permukaan adsorben telah terikat dengan adsorbat, sementara pada bobot 2.5 gram masih banyak tapak aktif yang belum berikatan dengan adsorbat. ptimalisasi Adsorpsi Cibacron Red pada Arang Aktif Waktu Adsorpsi Data hasil penelitian pada Lampiran 7, yang diringkaskan pada Gambar 2, menunjukkan bahwa konsentrasi larutan cibacron red menurun dari 5 mg/l menjadi 6,3 mg/l. Waktu optimum adsorpsi adalah 9 menit dengan kapasitas adsorpsi,69 mg/g, artinya setiap g adsorben mampu mengadsorpsi.69 mg ion Cibacron Red dalam waktu 9 menit dengan efisiensi adsorpsi 66.34%. Kapasitas dan efisiensi adsorpsi meningkat seiring dengan meningkatnya waktu adsorpsi. Tetapi menurun setelah melewati 9 menit. al ini sesuai dengan hasil penelitian Raghuvanshi et al. (24) yang menyatakan bahwa efisiensi adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai titik tertentu, kemudian menurun setelah melewati titik tersebut. al ini menunjukkan bahwa adsorben telah jenuh oleh zat warna Cibacron Red. Jika proses dilanjutkan, maka kemungkinan tidak ada lagi zat warna yang diadsorpsi oleh adsorben, sampai akhirnya terjadi pelepasan kembali atau desorpsi.

5 (%) Gambar Bobot Adsorben Waktu (menit),8,6,4,2,,8,6,4,2 Waktu optimum adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif. Bobot adsorben berpengaruh terhadap kapasitas dan efisiensi adsorpsi larutan Cibacron Red 5 mg/l oleh arang aktif (Gambar 3, Lampiran 8). Pada kondisi waktu dan konsentrasi yang sama, kenaikan bobot adsorben menurunkan kapasitas adsorpsi, tetapi meningkatkan efisiensi adsorpsi. Penambahan bobot adsorben pada volume dan konsentrasi zat warna yang tetap dapat meningkatkan kemampuan mengadsorpsi zat warna, namun kurang efektif. asil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi cibacron red yang meningkat dari 46.84% sampai 8.25% dengan variasi bobot dari.5 g sampai 2.5 g. Penambahan jumlah adsorben akan menurunkan kapasitas adsorpsi spesifik dari 2.33 mg/g menjadi.8 mg/g. al ini disebabkan karena saat bobot.5 gram hampir seluruh permukaan adsorben telah terikat dengan adsorbat, sedangkan pada bobot 2.5 gram masih banyak tapak aktif yang belum berikatan dengan adsorbat. Perbandingan Adsorpsi Cibacron Red pada Adsorben Ampas Tebu Teraktivasi Asam dan Arang Aktif Kinerja ATA dievaluasi dengan membandingkan kemampuan adsorpsinya dengan adsorben komersial, yaitu arang aktif. asil penelitian menunjukkan bahwa nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi Cibacron Red lebih besar diperoleh dengan menggunakan adsorben ATA (Tabel ) Tabel Kapasitas dan Cibacron Red dengan adsorben ampas tebu teraktivasi asam (ATA) dan arang aktif (AA) Adsorben EP (%) Q ATA AA Gambar 4 Larutan Cibacron Red setelah diadsorpsi oleh adsorben ampas tebu teraktivasi asam (ATA). (%) ,5,,5 2, 2,5 bobot adsorben (g) 2,5 2,,5,,5 (%) Gambar 3 Pengaruh bobot adsorben arang aktif terhadap adsorpsi Cibacron Red. Gambar 5 Larutan Cibacron Red setelah diadsorpsi oleh adsoben arang aktif (AA). Gambar 4 dan 5 menujukkan perbedaan warna larutan Cibacron Red setelah diadsorpsi oleh ampas tebu teraktivasi asam dan arang aktif. Terlihat bahwa larutan Cibacron Red hasil adsorpsi dengan arang aktif lebih sedikit pekat daripada yang diadsorpsi oleh ATA. Gambar 6 menunjukkan bahwa kapasitas dan efisiensi

6 adsorpsi adsorben ampas tebu teraktivasi asam (ATA) lebih tinggi daripada arang aktif (AA) berturut-turut sebesar 2. mg/g dan.69 mg/g dan 84.2% dan 67.64%. al ini menunjukkan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan luas permukaan dan pori dari adsorben sehingga dapat digunakan sebagai adsorben alternatif dalam penjerapan larutan Cibacron Red. al ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Raghuvanshi et al. (24) dan Azhar et al. (25) yang menyatakan bahwa modifikasi adsorben ampas tebu menggunakan asam dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi terhadap zat warna. (%) ATA Adsorben AA Kapasitas Adsorpsi 2,5 2,5,5 Gambar 6 Efisiensi dan kapasitas adsorpsi ampas tebu teraktivasi asam (ATA) dan arang aktif (AA). Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi adsorbat dalam fluida dan pada permukaan adsorben pada suhu tetap. Telah banyak adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat. Tipe isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi fase padat-cair (Atkins 99). Lampiran 6 dan 7 menunjukkan hasil penentuan jenis isoterm adsorpsi ATA dan arang aktif. ilai linearitas (Gambar 7 dan 8) yang diperoleh dari kedua persamaan tersebut menunjukkan bahwa adsorben ampas tebu teraktivasi asam (ATA) mengikuti jenis isoterm Freundlich dan Langmuir. al ini dikarenakan nilai linearitas dari kedua persamaan tersebut yang tidak berbeda nyata. asil tersebut menunjukkan bahwa jenis ikatan yang terjadi antara adsorbat dan adsorben adalah fisisorpsi dan kimisorpsi. Freundlich mengasumsikan adsorpsi fase padat-cair berlangsung secara adsorpsi multilayer. Dalam fisisorpsi, ikatan antara adsorbat maupun ikatan antar adsorbat dengan adsorben bersifat lemah karena hanya melibatkan interaksi Van der Waals. Sedangkan pada jenis adsorpsi kimisorpsi menunjukkan terbentuknya ikatan antara adsorbat dan adsorben yang berupa ikatan kovalen dan ikatan hydrogen sebagaimana yang telah ditunjukkan pada Gambar 6 dan 7. Log x/m 2,5,5 - -,5,5,5 2 Log C Gambar 7 Isoterm Freundlich adsorpsi zat warna Cibacron Red oleh ampas tebu teraktivasi asam (ATA). C/x/m (g/l),7,6,5,4,3,2, C (mg/l) Gambar 8 Isoterm Langmuir adsorpsi zat warna Cibacron Red oleh ampas tebu teraktivasi asam (ATA). Sedangkan jenis isoterm dari arang aktif adalah Freundlich (Gambar 9 dan 2). Sementara itu, Cibacron Red dapat dijerap dengan baik oleh adsorben arang aktif akan tetapi pola penjerapannya kurang baik. al ini terlihat dari kelinieran kurva yang rendah (Lampiran 9). Log x/m 2,,5,,5 y = x r =,9989 y = x r =,983,9,,,2,3,4,5,6,7 Log C y = x r =.9924 Gambar 9 Isoterm Freundlich adsorpsi zat warna Cibacron Red oleh arang aktif (AA).

7 C/x/m (g/l),8,7,6,5,4,3,2, 5, 5, 2 25, 3 35, 4 45, C (mg/l) Gambar 2 Isoterm Langmuir adsorpsi zat warna Cibacron Red oleh arang aktif (AA). Bentuk logaritma dari persamaan Freundlich. log x m y = x r =.3698 log k log c n ilai x/m menunjukkan massa adsorbat yang dijerap pergram adsorben, c menunjukkan konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah diadsorpsi (mg/l), dan n dan k menunujukkan konstanta empiris. Persamaan di atas menunjukkan jumlah zat warna yang dijerap oleh ampas tebu (log x/m) berbanding terbalik dengan nilai konstanta n dan berbanding lurus dengan konstanta k. Artinya jumlah zat warna yang dijerap akan semakin besar jika nilai konstanta n kecil dan nilai konstanta k besar. ilai konstanta n, k, α, dan β dapat dihitung dari persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir untuk Cibacron Red (Tabel 2 dan 3). Tabel 2 ilai konstanta n dan k dari persamaan Freundlich untuk ampas tebu teraktivasi asam (ATA) dan arang aktif (AA) Adsorbat n k R ATA AA Bentuk logaritma dari persamaan Langmuir: c c x / m ilai x/m menunjukkan massa adsorbat yang dijerap pergram adsorben, c menunjukkan konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah diadsorpsi (mg/l), dan α dan β menunujukkan konstanta empiris. Tabel 3 ilai konstanta α dan β dari persamaan Langmuir untuk ampas tebu teraktivasi asam (ATA) dan arang aktif (AA) Adsorbat α β R ATA AA ilai n dan k pada isoterm Freundlich tergantung pada suhu, adsorben, dan unsurunsur yang dijerap. ilai n menggambarkan intensitas dari adsorpsi, sedangkan nilai k menunjukkan kapasitas adsorpsi dari adsorben. ilai α menggambarkan jumlah yang dijerap atau kapasitas adsorpsi untuk membentuk lapisan sempurna pada permukaan adsorben. ilai β merupakan konstanta yang bertambah dengan kenaikan ukuran molekuler yang menunjukkan kekuatan ikatan molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Berdasarkan data penelitian Victoria (2) yang menggunakan campuran limbah padat tapioka dan kaolin sebagai bahan dasar pembuatan adsorben memberikan hasil yang baik untuk penjerapan zat warna biru metilena. al ini dikarenakan kaolin dan limbah tapioka yang telah diaktivasi pada adsorben campuran tersebut menyebabkan sifat permukaan adsorben tersebut semakin bermuatan positif. Sehingga sangat baik digunakan untuk menjerap zat warna reaktif biru metilena yang bermuatan positif. amun dalam penelitian ini memberikan hasil yang kurang baik untuk campuran kaolin-ampas tebu dan bentonit-ampas tebu. Seharusnya dengan bahan dasar yang sama-sama berbasis selulosa dapat memberikan hasil yang baik seperti penelitian sebelumnya yang menggunakan campuran limbah padat tapioka dan kaolin. al ini menunjukkan bahwa campuran kaolin-ampas tebu dan bentonitampas tebu kurang baik digunakan sebagai menjerap zat warna bermuatan negatif seperti Cibacron Red. SIMPULA DA SARA Simpulan Adsorben dari ampas tebu teraktivasi asam menunjukkan dapat digunakan sebagai adsorben untuk zat warna Cibacron Red. Pengunaan adsorben dari campuran kaolinamas tebu dan bentonit-ampas tebu dinilai kurang baik digunakan sebagai adsorben