KESETIMBANGAN ADSORPSI KADMIUM (Cd) DENGAN ADSORBEN ABU SEKAM PADI Dsi Hltina Jurusan Tknik Kimia,Fakultas Tknik Univrsitas Riau Kampus Bina Widya Km 12,5 Simpang Panam Pkanbaru Riau Tlp. (0761) 566937, mail : dsihltina@yahoo.co.id ABSTRAK Sumbr Kadmium di prairan brasal dari limbah prtambangan timah dan sng. Kadmium brbahaya jika trakumulasi dalam tubuh mlbihi ambang batasnya, untuk itu prlu dilakukan pnjrapan kadmium dngan adsorpsi mnggunakan salah satu adsorbn yaitu abu skam padi. Pnlitian ini brtujuan mndapatkan kapasitas jrap maksimum dan modl kstimbangan adsorpsi. Pnlitian diawali dngan pngaktifan skam padi mnjadi abu skam padi dngan pmanasan dan pnambahan Asam Nitrat 0,1N. Abu skam padi sbanyak 1 gr dikontakkan dngan 500 ml larutan kadmium dngan konsntrasi awal trtntu di dalam raktor batch brpngaduk pada suhu trtntu sampai mncapai waktu kstimbangan. Sampl diambil tiap waktu dan dianalisa dngan mnggunakan Atomic Absorption Spctrophotomtr (AAS). Kmudian diprolh kurva kstimbangan isotrm adsorpsi. Prcobaan dilakukan dngan brbagai variabl konsntrasi awal larutan kadmium (C o ) 20, 40 60, 80 dan 100 ppm, dan suhu adsorpsi yaitu suhu kamar (27 o ), 40 o C dan 50 o C. Dari prcobaan didapatkan waktu kstimbangan adsorpsi trcapai slama 3 jam. Data kstimbangan mnunjukkan bahwa pross adsorpsi brlangsung optimal pada suhu 27 o C dngan prsn pnjrapan 82,55%. Mkanism adsorpsi yang trjadi mngikuti modl isotrm Frundlich dngan panas adsorpsi 3,487 kkal/mol o K. Kata kunci: Abu Skam Padi; Adsorpsi; Kadmium; Kstimbangan 1. Pndahuluan Pncmaran olh logam brat trjadi pada banyak limbah cair industri. Salah satu logam brat yang dapat mncmari air adalah kadmium. Sumbr kadmium yang masuk k prairan dapat brasal dari limbah prtambangan timah dan sng, air bilasan dari lctroplating (pnypuh/plapisan logam), dll. Kadmium dapat mnybabkan pngaruh ngatif atau brsifat toksik trhadap organism air dan manusia pada batas konsntrasi trtntu. Logam kadmium juga brsifat nurotoksin yang mnimbulkan dampak krusakan indra pnciuman (Darmono, 1995). Brdasarkan Praturan Pmrintah No 82 tahun 2001, standar baku air trhadap logam brat kadmium adalah 0,01 mg/l.
Salah satu hal yang dapat dilakukan dalam pngndalian dampak lingkungan akibat pncmaran logam kadmium ini adalah dngan pngambilan logam kadmium dalam air limbah mnggunakan pross adsorpsi. Tknologi ini potnsial untuk digunakan karna disamping alatnya sdrhana, juga mudah dilakukan. Pnlitian adsorpsi kadmium dngan adsorbn skam padi tlah dilakukan Ong dkk. (2007). Mnurut Ong skam padi mngandung silika yang cukup tinggi, shingga dapat digunakan sbagai adsorbn. Ong dkk. mlaporkan skam padi yang tlah diaktifkan dngan HNO 3 mampu mnjrap logam kadmium lbih baik dari pada skam padi mntah. Pngaktifan skam padi dngan HNO 3 brtujuan untuk mnghilangkan pngotor-pngotor dan mmbuka pori-pori pada skam padi shingga dapat mnjrap logam lbih banyak. Chandraskhar dkk. (2006) juga tlah mlakukan pnlitian untuk mmproduksi abu skam padi dngan silika yang brkualitas baik. Skam padi diaktivasi dngan HCl 0,1 N, kmudian dibakar dngan mnggunakan furnac shingga mnghasilkan abu skam padi traktivasi. Maka pada pnlitian ini, skam padi yang digunakan akan diaktivasi dngan mnggunakan HNO 3 (Ong dkk., 2007) kmudian dibakar dngan mnggunakan furnac, shingga mnghasilkan abu skam padi traktivasi yang digunakan sbagai adsorbn kadmium. Pngaktifan skam padi dngan asam trlbih dahulu mampu mnghasilkan abu skam padi dngan kualitas yang baik, yaitu abu skam padi dngan warna putih dan raktifitas yang tinggi. Pnlitian ini brtujuan untuk mndapatkan waktu kstimbangan adsorpsi, mmplajari kmampuan abu skam padi dalam mngurangi konsntrasi logam brat kadmium pada air limbah srta mnntukan modl kstimbangan adsorpsi. 2. Tinjauan Pustaka Skam padi mrupakan lapisan kras yang trdiri dari dua blahan yang disbut pala dan lmma (bagian yang lbih lbar) yang saling brtautan. Sl-sl skam yang tlah masak mngandung lignin dan silika dalam konsntrasi tinggi. Kandungan silika diprkirakan brada dalam lapisan luar (D Datta, 1981) shingga prmukaannya kras dan sulit mnyrap air, mmprtahankan klmbaban, srta mmrlukan waktu yang lama untuk mndkomposisinya (Houston, 1972).
Abu skam padi dngan fasa non-kristal (amorf) diprolh dngan suhu pmbakaran dibawah 700 o C, dan umumnya mmpunyai kadar silika yang tinggi. Ktika pmbakaran skam padi dilakukan dngan suhu yang tidak dikndalikan, abu yang dihasilkan umumnya brbntuk kristal. Jadi, dngan pmbakaran skam padi dngan pngndalian suhu, abu skam padi dngan raktvitas yang tinggi dapat diprolh (Dlla dkk., 2002). Kandungan silika (SiO 2 ) yang tinggi dalam abu skam padi mngindikasikan potnsi bsar yang dimiliki abu skam skam padi untuk dimanfaatkan sbagai adsorbn. Silika abu skam padi mmiliki gugus fungsi OH (gugus hidroksil) yang mnunjukkan ikatan Si-OH (Pandiangan dkk., 2008), yang dapat brintraksi dngan komponn adsorbat. Kstimbangan adsorpsi trjadi bila larutan dikontakkan dngan adsorbn padat, dan molkul adsorbat brpindah dari fasa cair k adsorbn, sampai tidak trjadi lagi prubahan konsntrasi adsorbat baik di larutan (C ) maupun di adsorbn (Q ), atau kcpatan adsorpsi dngan dsorpsinya tlah sama. a. Modl Isotrm Frundlich Modl isotrm Frundlich mnggunakan asumsi sbagai brikut: Adsorbn mmpunyai prmukaan yang htrogn dan tiap molkul mmpunyai potnsi pnyrapan yang brbda-bda. Tidak adanya pristiwa adsorpsi kimia. Isotrm Frundlich dinyatakan dngan prsamaan: Q F 1 n = K C (1) b. Modl Isotrm Langmuir Irving Langmuir adalah sorang ilmuwan Amrika yang mngmbangkan modl isotrm adsorpsi gas pada padatan. Asumsi yang dipakai adalah: Adsorbn mmpunyai prmukaan yang homogn dan hanya dapat mngadsorpsi satu molkul adsorbat untuk stiap molkul adsobnnya. Tidak ada intraksi antara molkul- molkul yang trsrap. Smua pross adsorpsi dilakukan dngan mkanism yang sama. Hanya trbntuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.
Isothrm Langmuir dinyatakan dngan prsamaan: Q Q0K LC = 1 + K C L (2) c. Modl Isotrm BET (Brunaur, Emmtt, and Tllr Isotrm ini brdasarkan asumsi bahwa adsorbn mmpunyai prmukaan yang homogn. Prbdaan isotrm ini dngan Langmuir adalah BET brasumsi bahwa molkulmolkul adsorbat bisa mmbntuk lbih dari satu lapisan adsorbat di prmukaannya. Isotrm BET dinyatakan dngan prsamaan: Q = C 1 C o Q 0 K 1 + BET C C C ( K 1) BET o C o Panas Adsorpsi Untuk prsamaan Langmuir, panas adsorpsi (H) brhubungan dngan konstanta kstimbangan (K L ), yang dinyatakan dngan prsamaan 4 (Suzuki, 1989) (3) K L = K H xp RT 0 (4) 3. Modologi Bahan-bahan yang digunakan dalam pnlitian ini adalah kadmium nitrat (Cd(NO 3 ) 2.4H 2 O), skam padi yang diprolh dari Kcamatan Air Tiris, Kabupatn Kampar, Asam Nitrat (HNO 3 ) konsntrasi 0,1 N dan aquadst. Alat-alat yang digunakan dalam pnlitian ini adalah srangkaian pralatan adsorpsi sprti yang ditampilkan pada Gambar 1, thrmomtr, ovn, furnac, dan Atomic Absorption Spctrophotomtr (AAS).
1 2 Ktrangan: 1. 2. 3 3. 4. 6 5 4 5. 6. Gambar 1. Rangkaian Pralatan Adsorpsi Pnlitian diawali dngan pngaktifan skam padi mnjadi abu skam padi dngan pmanasan dan pnambahan Asam Nitrat 0,1N (Ong dkk., 2007). Abu skam padi sbanyak 1 gr dikontakkan dngan 500 ml larutan kadmium dngan konsntrasi awal trtntu di dalam raktor batch brpngaduk pada suhu trtntu sampai mncapai waktu kstimbangan. Sampl diambil tiap waktu dan dianalisa dngan mnggunakan Atomic Absorption Spctrophotomtr (AAS). Kmudian diprolh kurva kstimbangan isotrm adsorpsi. Prcobaan dilakukan dngan brbagai variabl konsntrasi awal larutan kadmium (C o ) 20, 40 60, 80 dan 100 ppm, dan suhu adsorpsi yaitu suhu kamar (27 o ), 40 o C dan 50 o C. 4. Hasil dan Pmbahasan Dari Tabl 1 dapat dilihat bahwa kstimbangan adsorpsi logam kadmium dngan abu skam padi trcapai pada waktu 3 jam dngan prsn pnjrapan rata-rata adalah 82,55%. Tabl 1. Prsn Pnjrapan Kadmium Waktu (jam) Konsntrasi Kadmium Prsn Pnjrapan Stlah Pnjrapan (mg/l) (%) 0,5 6,164 74,16 1 5,052 78,82 1,5 4,752 80,08 2 4,386 81,61 3 4,172 82,51 4 4,169 82,52 5 4,167 82,53 6 4,139 82,65 Dari gambar 2 dapat dilihat smakin bsar konsntrasi adsorbat saat kstimbangan, maka kmampuan jrap adsorbn smakin mningkat, sampai trcapai
kapasitas jrap adsorbn tumbukan antara adsorbn dan adsorbat mningkat. Dalam hal ini juga dapat dilihat bahwa smakin tinggi suhu adsorpsi, kmampuan jrap adsorbn smakin mnurun, dikarnakan mobilitas dari ion-ion kadmium brtambah dngan mningkatnya suhu, shingga adsorbat cndrung mninggalkan adsorbn. maksimum. Hal ini trjadi karna pada $% % % konsntrasi tinggi, Gambar 2 Hubungan Konsntrasi Kadmium pada Kadaan Stimbang (C ) dngan Kmampuan Adsorbn (Q ) pada Variasi Suhu ini Pngujian Modl Kstimbangan Adsorpsi 1. Pngujian Modl Kstimbangan Pada Suhu 27 o C Pngujian modl kstimbangan Frundlich, Langmuir dan BET pada suhu 27 o C ditampilkan pada gambar 3 sampai gambar 5.! "! " Gambar 3 Pngujian Modl Frundlich Gambar 4 Pngujian Modl Langmuir
&! " $ Gambar 5 Pngujian Modl BET pada Suhu 27 o C 2. Pngujian Modl Kstimbangan Pada Suhu 40 o C Pngujian modl kstimbangan Frundlich, Langmuir dan BET pada suhu 40 o C ditampilkan pada gambar 6 sampai gambar 8.! " Gambar 6 Pngujian Modl Frundlich! " $ Gambar 7 Pngujian Modl Langmuir
&$! " $ Gambar 8 Pngujian Modl BET 3. Pngujian Modl Kstimbangan Pada Suhu 50 o C Pngujian modl kstimbangan Frundlich, Langmuir dan BET pada suhu 50 o C ditampilkan pada gambar 9 sampai gambar 11.! " $! " $ Gambar 9 Pngujian Modl Frundlich Gambar 10 Pngujian Modl Langmuir $! " Gambar 11 Pngujian Modl BET
Dari gambar 3 sampai gambar 11 dapat dilihat bahwa adsorpsi kadmium olh abu skam paling baik trjadi pada suhu 27 o C mngikuti modl isotrm Frundlich dngan nilai R 2 0,992. Hal ini mnunjukkan adsorpsi kadmium olh abu skam padi brlangsung baik scara fisika yaitu mlalui pori-pori. Adanya unsur alkali pada abu skam padi yaitu Na dan K juga dapat mnybabkan prtukaran logam Cd dngan alkali. Tabl 2 Paramtr Kstimbangan Brbagai Modl Adsorpsi Suhu Isotrm Frundlich Isotrm Langmuir Isotrm BET K F N K L Q o K BET Q o 27 o C 3,819 1,587 0,067 43,478-0,882-33,333 40 o C 3,802 1,792 0,090 32,358 0,741 50 50 o C 3,428 1,869 0,101 26,316 3,474 15,152 Panas Adsorpsi Dari hasil prhitungan dngan mnggunakan prsamaan 4 diprolh nilai panas adsorpsi 3,487 kkal/mol o K, kita dapat mngtahui bahwa adsorpsi yang trjadi mrupakan adsorpsi fisika, karna panas adsorpsinya dibawah 10 kkal. 5. Ksimpulan Pada pnlitian ini dapat diambil ksimpulan sbagai brikut: 1. Abu skam padi dapat digunakan sbagai adsorbn dalam pnjrapan kadmium dalam air limbah dngan prsn pnjrapan rata-rata 82,55% pada konsntrasi 23,850 mg/l dngan waktu kstimbangan trcapai slama 3 jam 2. Mkanism adsorpsi kadmium olh abu skam padi adalah modl isotrm Frundlich yang mwakili adsorpsi fisika dngan panas adsorpsi 3,487 kkal/mol o K. Daftar Pustaka 1. Chandraskhar, S., Pramada, Tmpratur and Hating Rat On Th Optical Proprtis and Ractivity of Ric Husk Ash, J. Matrial Scinc 41, 7926-7933.P.N., dan Majd, J., 2006, Effct of Calcination 2. Darmono, 1995, Logam Dalam Sistim Biologi Mahluk Hidup, Univrsitas Indonsia Prs, Jakarta. 3. D Datta, S., 1981, Principls and Practics of Ric Production, John Wily and Sons, Nw York.
4. Dlla, V.P., Kuhn, I., dan Hotza, D., 2002, Ric Husk Ash as An Altrnat Sourc for Activ Silica Production, Mat. Ltt., 57, 818 821. 5. Houston, D.F., 1972, Ric, Chmistry and Tchnology, Amrican Association of Cral Chmists. Inc., Minnsota. 6. Ong, S.A., Sng, S.E., and Lim, P.E., 2007, Kintics of Adsorption of Cu (II) and Cd (II) from Aquous Solution on Ric Husk and Modifid Ric Husk, Elctronic Journal of Environmnt, Agricultural and Food Chmistry, 1764-1777. 7. Pandaingan, K.D., Suka, I.G., Rilyanti, M., Widiarto, S., Anggraini, D., Arif, S., dan Jamarun, N., 2008, Karaktristik Kasaman Katalis Brbasis Silika Skam Padi yang Diprolh dngan Tknik Sol-Gl, Prosiding Sminar Nasional Sains dan Tknologi- II 2008 Univrsitas Lampung, 342-356. 8. Suzuki, M., 1989, Adsorption Enginring, Kodansha Ltd. dan Elsvir Scinc, Japan. Ucapan Trima Kasih Pnulis mngucapkan trima kasih kpada Lny Budianty srta pihak-pihak yang tlah mmbantu shingga pnlitian ini dapat dislsaikan, dan trima kasih juga diucapkan kpada Jurusan Tknik Kimia yang tlah mmbrikan ksmpatan dan mnfasilitasikan shingga makalah ini dapat disminarkan. Daftar Notasi Q : jumlah adsorbat yang trsrap/brat adsorbn pada saat kstimbangan (mg adsorbat/g adsorbn) Q o : kapasitas pnjrapan maksimum (mg adsorbat/g adsorbn) C : konsntrasi adsorbat dalam larutan pada saat kstimbangan (mg/l) C o : konsntrasi awal adsorbat (mg/l) K F, K L, K BET : konstanta Frundlich, Konstanta Langmuir, Konstanta BET n : faktor htrognitas