UJI EFEKTIFITAS CANGKANG TELUR DALAM MENGADSORBSI ION Fe DENGAN PROSES BATCH Faisol Asip, Ridha Mardhiah, Husna Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl.Raya Palembang Prabumulih Km.32, Inderalaya 30662 Abstrak Adsorpsi adalah proses pemisahan dimana komponen tertentu dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap. Bahan yang diserap disebut adsorbat dan bahan yang berfungsi sebagai penyerap disebut adsorben. Penelitian ini bertujuan untuk menguji efektifitas cangkang telur dalam proses adsorpsi Fe dengan sistem batch, mengetahui ukuran adsorben dan massa adsorben optimum untuk menyerap ion Fe dengan proses adsorpsi sistem batch serta waktu pengadukan yang efektif pada proses ini. Kata kunci : Adsorbsi, cangkang telur, ion Fe I. PENDAHULUAN Berkembangnya industri didalam negeri memberikan pengaruh positif berupa meningkatnya perekonomian nasional. Namun demikian, perkembangan industri ini membawa efek negatif yaitu menurunnya kualitas lingkungan akibat limbah yang dihasilkan dari kegiatan industri tersebut. Limbah industri baik berupa gas, cair maupun padat pada umumnya termasuk dalam kategori limbah B3 (bahan berbahaya dan beracun). Limbah B3 yang sangat ditakuti adalah limbah dari industri kimia. Limbah industri kimia ini pada umumnya mengandung berbagai macam unsur logam berat (seperti Fe, Cr, Cu, Ni, Zn ) yang mempunyai sifat akumulatif dan beracun sehingga berbahaya bagi kesehatan manusia serta makhluk hidup lainnya. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan daya serap cangkang telur terhadap ion Fe. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi penanganan limbah logam berat terutama yang mengandung Fe, dengan demikian pencemaran lingkungan dapat ditanggulangi sebaik mungkin. II. FUNDAMENTAL Adsorpsi adalah proses perpindahan massa pada permukaan pori-pori dalam butiran adsorben. Perpindahan massa yang terjadi melalui batas antara dua fasa yaitu : gas-padat, cair-padat. Limbah cair yang mengandung ion Fe dengan konsentrasi yang sangat rendah dapat dihilangkan dengan adsorpsi. Limbah sintetik Fe dimasukkan ke dalam beker gelas berisi serbuk adsorben, dimana adsorpsi terjadi melalui proses sebagai berikut : a. Perpindahan massa dari cairan ke permukaan butir. b. Difusi dari permukaan butir ke dalam butir melalui pori. c. Perpindahan massa dari cairan dalam pori ke dinding pori. d. Adsorpsi pada dinding pori. Adsorpsi dapat terjadi karena adanya energi permukaan dan gaya tarik-menarik permukaan. Sifat dari masing-masing permukaan berbeda, tergantung pada susunan dalam molekul-molekul zat. Setiap molekul dalam interior dikelilingi oleh molekul-molekul lainnya, sehingga gaya tarik menarik antar molekul akan sama besar, setimbang ke segala bagian. Sedangkan untuk molekul 22 Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
dipermukaan hanya mempunyai gaya tarik kearah dalam. Media Penyerap (Adsorben) Adsorbant adalah bahan padat dengan luas permukaan dalam yang sangat besar. Permukaan yang luas ini terbentuk karena banyaknya pori pori yang halus pada padatan tersebut. Disamping luas spesifik dan diameter pori, maka kerapatan unggun, distribusi ukuran partikel maupun kekerasannya merupakan data karekteristik yang penting dari suatu adsorbant. Faktor-faktor yang mempengaruhi Proses Adsorpsi Ada beberapa faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi yaitu : 1) Proses pengadukan Kecepatan adsorpsi selain dipengaruhi oleh film diffusion dan pore diffusion juga dipengaruhi oleh pengadukan. Jika proses pengadukan relatif kecil maka adsorbant sukar menembus lapisan film antara permukaan adsorben dan film diffusion yang merupakan faktor pembatas yang memperkecil kecepatan penyerapan. Dan jika pengadukan sesuai maka akan menaikkan film diffusion sampai titik pore diffusion yang merupakan faktor pembatas dalam sistem batch dilakukan pengadukan yang tinggi. 2) Karakteristik Adsorbant Adsorpsi dipengaruhi oleh dua sifat permukaan yaitu energi permukaan dan gaya tarik permukaan. Oleh karena itu sifat fisik yaitu ukuran partikel dan luas permukaan merupakan sifat yang terpenting dari bahan yang akan digunakan sebagai adsorben. 3) Kelarutan adsorbant Proses adsorpsi terjadi pada molekulmolekul yang ada dalam larutan harus dapat berpisah dari cairannya dan dapat berikatan dengan permukaan adsorben. Sifat unsur yang terlarut mempunyai gaya tarik-menarik terhadap cairannya yang lebih kuat bila dibandingkan dengan unsur yang sukar larut. Dengan demikian unsur yang terlarut akan lebih sulit terserap pada adsorben bila dibandingkan dengan unsur yang tidak larut. Proses Pengoperasian Proses Batch Pada skala laboratorium sistem ini dilakukan dengan mencampurkan antara adsorben dan adsorbat yang terlarut dalam aquadest dan dilakukan pengadukan dalam beker gelas agar terjadi kontak antara adsorben dengan larutan secara merata. Logam Berat Logam berat termasuk golongan logam dengan kriteria-kriteria yang sama dengan logam-logam lain. Istilah logam berat telah digunakan secara luas sebagai suatu istilah yang menggambarkan bentuk dari suatu logam tertentu. Karakteristik dari kelompok logam berat adalah sebagai berikut : 1) Memiliki spesifik grafiti yang sangat besar (lebih dari empat) 2) Mempunyai nomor atom 22-24 dan 40 50 serta unsur-unsur lantanida dan aktinida 3) Mempunyai respon biokimia khas pada organisme hidup 4) Limbah logam berat yang lepas ke lingkungan pada dasarnya akan dapat merusak ekosistemekosistem lingkungan. Ion Fe Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas. Untuk mendapatkan unsur besi, campuran lain harus dihilangkan melalui pengurangan kimia. Pemakaian zat besi berlebihan akan bersifat toksik, karena besi akan berikatan dengan peroksida yang akan menghasilkan radikal bebas dalam tubuh. Proses ini dapat dihalangi jika besi dalam jumlah normal oleh mekanisma antioksida dalam badan. Agar tidak mencemari lingkungan, limbah yang akan dibuang kadar logamnya tidak boleh melewati batas kadar maksimum yang diperbolehkan oleh regulasi pemerintah (KEP- 51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair bagi Kegiatan Industri). Kadar maksimum Cr, Cu, Fe, dan Mn dalam limbah industri yang diperbolehkan berturut-turut adalah 0.5mg/L, 2mg/L, 5 mg/l, dan 2 mg/l. Cangkang Telur Cangkang telur merupakan limbah rumah tangga yang belum dimanfaatkan secara maksimal. Saat ini cangkang telur hanya digunakan sebagai bahan baku industri kerajinan tangan. Setiap telur memiliki 10.000 20.000 poripori sehingga diperkirakan dapat menyerap suatu solut dan dapat digunakan sebagai adsorben. Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008 23
Disamping itu kandungan terbesar cangkang telur adalah kalsium karbonat, dimana kalsium karbonat ini termasuk ke dalam adsorben polar. Mayoritas ukuran pori cangkang telur berkisar 1 10 m. Cangkang telur yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang ayam ras petelur (ayam negeri) karena telur ayam negeri banyak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia sehingga banyak terdapat limbahnya. III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan dari tanggal 5 November 2007 sampai dengan 3 Januari 2008. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Penelitian Teknik Kimia Universitas Sriwijaya. 3.2. Bahan dan alat 3.2.1. Alat yang digunakan : 1. Pengaduk mekanik 2. Beker Gelas 3. Kertas saring 4. Pompa vakum 5. Pipet ukur 6. Labu reaksi 7. Neraca Analitis 8. Oven 9. Mortal 10. Screening 11. AAS (Atomic Absorption Spectrofotometri) 3.2.2. Bahan yang digunakan 1. Serbuk cangkang telur 2. Limbah sintetik Fe 3. Aquadest 3.3. Prosedur Penelitian Persiapan Adsorben 1) Cuci serbuk cangkang telur dengan air 2) Rendam cangkang telur dengan air panas lalu dibilas dan dikeringkan dengan cara dijemur 3) Haluskan cangkang telur dengan lumpung porselen 4) Ayak atau screening dengan ukuran 5) Panaskan cangkang telur dengan oven selama 15 menit pada temperature 100 0 C Percobaan Adsorpsi 1) Adsorben yang telah siap pakai dengan ukuran tertentu ditimbang 2) Siapkan limbah pada gelas beker 1000 ml 3) Masukkan adsorben ke dalam beker gelas yang berisi larutan Fe serta lakukan pengadukan dengan kecepatan konstan 300 ppm. 4) Ambil sample 100 ml kemudian dilakukan analisa kadar Fe. 5) Ulangi dengan variabel ukuran dan jumlah adsorben. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengaruh Waktu Pengadukan Terhadap Daya Serap Cangkang Telur Gambar 1. Pengaruh waktu pengadukan terhadap daya serap cangkang telur untuk massa adsorben 20 gr. Salah satu factor yang mempengaruhi proses adsorpsi Fe oleh cangkang telur pada proses batch adalah waktu pengadukan. Pada Gambar 4.1, dapat kita lihat bahwa waktu pengadukan sangat mempengaruhi daya serap cangkang telur, dimana waktu 60 menit lebih baik dalam mendegradasi limbah Fe bila dibandingkan dengan waktu 120 menit dan 180 menit. Hal ini disebabkan perbedaan jumlah massa adsorben yang digunakan, semakin sedikit massa cangkang telur yang digunakan, sehingga waktu pengadukan yang digunakan semakin cepat. Pada waktu 60 menit, ukuran 125 mesh dengan massa 20 gr memiliki daya serap 2,181 ppm, pada ukuran 250 mesh memiliki daya serap 0,8502 ppm, dan pada 500 mesh memiliki daya serap 2,2202 ppm sedangkan pada ukuran 1000 mesh memiliki daya serap 2,2660 ppm. 24 Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
Dari data yang didapatkan, selain waktu pengadukan, diameter partikel cangkang telur juga menjadi salah satu faktor yang dapat mempengaruhi proses adsorpsi ion Fe. Pada ukuran 1000 mesh daya serap ion Fe lebih besar bila dibandingkan dengan ukuran 125, 250 dan 500 mesh. Hal ini disebabkan karena semakin besar ukuran mesh partikel cangkang telur, maka ion Fe yang teradsorpsi semakin banyak, karena luas permukaan kontak antara adsorben dan adsorbat semakin besar. Waktu operasi juga menjadi salah satu faktor dalam perlakuannya, yaitu sebagai pengujian terhadap kinerja dan daya tahan adsorben sebelum mencapai suatu kondisi dimana adsorben sudah tidak dapat menyerap Fe atau yang disebut sebagai titik jenuh (breakpoint). Dari Gambar 4.1, kejenuhan telah tercapai pada menit ke 60, pada massa 20 gr. 4.2. Pengaruh Massa Cangkang Telur terhadap Daya Serap Cangkang Telur ` Gambar 2. Pengaruh massa cangkang telur terhadap daya serap cangkang telur untuk waktu pengadukan 60 menit Faktor lain yang dapat mempengaruhi proses adsorpsi Fe oleh cangkang telur pada proses batch adalah massa adsorben yang digunakan di dalam proses. Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa massa adsorben sangat mempengaruhi daya serap adsorben, dimana massa adsorben 20 gr pada waktu 60 menit lebih baik dalam mendegradasi limbah Fe bila dibandingkan dengan massa adsorben 40 gr dan 60 gr. Hal ini disebabkan waktu pengadukan yang digunakan hanya 60 menit, sehingga jumlah adsorben yang efektif digunakan adalah 20 gr dengan ukuran 1000 mesh. Untuk ukuran 1000 mesh, pada massa adsorben 20 gr memiliki daya serap 2,2660 ppm, pada massa 40 gr memiliki daya serap 2,1637 ppm,dan pada massa adsorben 60 gr memiliki daya serap 2,1893 ppm. Dari hasil ini dapat terlihat massa adsorben yang optimum digunakan adalah 20 gr dengan ukuran 1000 mesh. 4.3. Pengaruh Waktu Pengadukan terhadap Efisiensi Penyerapan Ion Fe Gambar 3. Pengaruh waktu pengadukan terhadap efisiensi penyerapan untuk massa adsorben 20 gr Adsorpsifitas dan tingkat kejenuhan dari masing-masing adsorben dapat dilihat dengan menentukan tingkat efisiensinya, selama waktu operasi tingkat efisiensi tidak akan sama untuk setiap variasi baik dari ukuran diameter partikel adsorben dan massa adsorben. Dari gambar 7 dapat dilihat, bahwa pada awal waktu pengadukan yaitu menit ke-60 efisiensi untuk setiap variasi memiliki kesamaan. Untuk ukuran 250 mesh dengan waktu pengadukan 60, 120 dan 180 menit, mempunyai efisiensi 37,4537%, 98,4141% dan 97,5683%. Untuk ukuran 1000 mesh dengan waktu pengadukan 60, 120 dan 180 menit mempunyai efisiensi 99,8238%, 99,2907%, dan 97,5110%. Dari nilai ini dapat dilihat bahwa efisiensi terbesar yaitu 99,8238 pada waktu pengadukan 60 menit, ukuran 1000 mesh. Sedangkan efisiensi terendah yaitu 37,4537% pada waktu pengadukan 60 menit, ukuran 250 mesh. V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari pembahasan pada bab sebelumnya, dapat diambil beberapa kesimpulan : 1) Efisiensi tertinggi cangkang telur dalam mengadsopsi ion Fe yaitu 99,82%. Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008 25
2) Diameter adsorben yang optimum untuk mengadsorpsi ion Fe adalah 1000 mesh dengan massa optimum yaitu 20 gr 3) Waktu pengadukan yang optimum pada percobaan ini adalah 60 menit 4) Partikel cangkang telur dapat digunakan sebagai alternatif penyerap limbah cair industri yang mengandung larutan Fe. 5) Proses adsorpsi dengan peningkatan jumlah adsorben akan berdampak pada penurunan efisiensi apabila tidak diimbangi dengan peningkatan waktu pengadukan. Saran 1) Pada penelitian lanjutan dilakukan dengan proses kontinyu. 2) Melakukan pengujian efektifitas cangkang telur dengan kosentrasi awal larutan Fe yang lebih besar. Hal ini agar proses penurunan kadar Fe lebih terlihat perbedaannya. DAFTAR PUSTAKA Anonimous. 2008. Besi. Diakses pada tanggal 10 Januari 2008 dari http://www.wikipedia.com Herawati, tatik. 2007. Uji Efektifitas Cangkang Telur Untuk Mengadsorpsi Ion Timbal.Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Cilegon-Banten. McCabe, W.L & Smith, J.C. 1993, Unit Operation of Chemical Engineering, Fifth Edition, McGraw-Hill Chemical Engineering Series. Mc Graw Hill Company. Singapore. Perry Robert. 1973. Perry S Chemical Engineers Handbook, Seventh Edition. Mc Graw Hill Company. New York Robiah. 2005. Jurnal Teknik Kimia Koefisien Perpindahan Massa dan Difusivitas Efektifitas Pada Adsorpsi Larutan Kromium Dalam Kolom Isian Zeolit Aktif. Universitas Sriwijaya. Indralaya. Rahmi Diana Sari & Edwardi. 1997. Pemisahan Ion Fe 2+ Menggunakan Zeolit Lampung di Dalam Kolom Adsorpsi. Universitas Sriwijaya. Inderalaya. Said M. 2004. Jurnal Teknik Kimia, Penyisihan Senyawa Polutan Dalam Limbah Cair Tailing Dam Tambang Emas Secara Alami Dan Adsorbsi Dengan Carbon Aktif. Universitas Sriwijaya. Indralaya Treyball,RE. 1980. Mass Transfer Operation Third Edition. McGraw-Hill Book Company. NewYork Vogel. 1979. Analisa Kualitatif Makro Dan Semi Mikro. PT. Kalman Media Pustaka. Jakarta. Voglis Gean dkk. 1993. Transport Proses & Unit Operation Edisi 3. Prentich Hall. USA Yusepa Mery dkk. 2000. Kecepatan adsorpsi ion metal divalent (Fe 2+, Hg 2+, Cu 2+ ) Pada Karbon Aktif Dengan Proses Batch. Universitas Sriwijaya. Indralaya. 26 Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008