ADSORPSI Cr(III) PADA SILIKA GEL TERMODIFIKASI DIFENILKARBAZON SECARA SOL-GEL

Cakra Kimia (Indonesian E-Journal of Applied Chemistry) Volume 4, Nomor 1, Mei 2016

ADSORPSI Cr(III) PADA SILIKA GEL TERMODIFIKASI DIFENILKARBAZON SECARA SOL-GEL Ida Ayu Raka Astiti Asih* dan I Wayan Sudiarta # Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana , Bali-Indonesia *[email protected] # [email protected]

ABSTRAK : Telah dilakukan penelitian mengenai pemanfaatan silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) secara sol-gel untuk mengadsorpsi ion logam kromium(III). Studi adsorpsi dilakukan dengan metode Batch. Pengaruh waktu dan pH awal larutan kromium dipelajari untuk mendapatkan kondisi optimum adsorpsi dan variasi konsentrasi ion kromium digunakan untuk mendapatkan kapasitas adsorpsi. Model isotermal Langmuir dan Freundlich digunakan untuk menentukan isoterm adsorpsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adsorpsi Cr(III) pada adsorben Si-CPTMS-DPZon optimum terjadi pada pH 4 dan waktu interaksi 90 menit, dengan kapasitas adsorpsi sebesar 36,28 mg/g dan energi adsorpsi sebesar 29,16 kJ/mol. Adsorpsi yang terjadi lebih cenderung mengikuti isoterm Langmuir dengan nilai R2 sebesar 0,9971 dibanding dengan isoterm Freundlich dengan R2 0,5612. Adsorpsi Cr(III) pada adsorben dominan melalui adsorpsi kimia. Kata Kunci : Silika gel termodifikasi, difenilkarbazon, adsorpsi, ion logam kromium(III)

ABSTRACT : Research about utilizing of diphenylcarbazone-modified silica gel prepared by sol-gel method (Si-CPTMS-DPZon) to adsorp chromium (III) ions has been carried out. This study was conducted using batch adsorption. The influence of time and initial pH of chromium solution were studied to obtain the optimum adsorption conditions, and the variation of the concentration of chromium ion was used to obtain the adsorption capacity. Langmuir and Freundlich isotherm models were used to determine the model of isotherm adsorption. The results showed that the optimum adsorption of Cr (III) on the adsorbent SiCPTMS-DPZ occurred at pH 4 with 90 minutes of contact time. The adsorption capacity of Cr(III) on Si-CPTMS-DPZ was 36.28 mg/g with the adsorption energy of 29.16 kJ/mol. The adsorption profile tends to follow the Langmuir isotherm with R2 values of 0.9971 rather than the Freundlich isotherm with R2 of 0.5612. Adsorption of Cr (III) on the adsorbent dominantly occurred through chemical adsorption. Keywords: modified silica gel, diphenylcarbazone, adsorption, ion metal chromium (III)

24


1. PENDAHULUAN Kromium (Cr) merupakan salah satu logam berat yang sering digunakan dalam bidang perindustrian. Penggunaan logam krom biasanya terdapat pada industri pelapisan logam, industri cat dan zat warna tekstil, serta industri penyamakan kulit. Logam krom dibutuhkan oleh tubuh manusia dalam jumlah kecil, tetapi dalam dosis yang lebih tinggi dapat menjadi racun [1]. Dalam tubuh logam krom biasanya berada dalam keadaan sebagai ion Cr3+. Krom dalam dosis tinggi dapat menyebabkan kanker paru-paru, kerusakan hati (liver) dan ginjal. Jika kontak dengan kulit menyebabkan iritasi dan jika tertelan dapat menyebabkan sakit perut dan muntah [2, 3]. Menurut standar Departemen Kesehatan RI, No. 416/Menkes/Per/IX/1990 kadar maksimal Cr yang diperolehkan untuk air minum adalah 0,005 mg/L. Menurut surat keputusan Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup No. KEP-02/MENKLH/I/1998 kadar maksimum Cr yang diperbolehkan dalam air limbah adalah 2 mg/L. Mengingat dampak negatif yang ditimbulkan oleh logam kromium, maka keberadaan logam tersebut sebagai pencemar di lingkungan perlu diminimalkan bahkan dihilangkan [4]. Beberapa metode kimia maupun biologis telah dicoba untuk menghilangkan logam berat yang terdapat di dalam limbah, diantaranya, adsorpsi, pertukaran ion, dan pemisahan dengan membran. Metode adsorpsi lebih sering digunakan karena dalam metode ini pengerjaannya lebih sederhana, ekonomis, dan tidak memerlukan peralatan yang rumit [5]. Mahmoud dan Al-Saadi (2007) melaporkan hasil penelitiannya mengenai sintesis silika gel termodifikasi difenilkarbazon secara fisika (DPCZ) untuk ektraksi dan pre-konsentrasi Cr(III) dan Fe(III) [6]. Kemampuan adsorpsi silika gel tanpa modifikasi dan silika gel terimpregnasi difenilkarbazida dalam

ISSN 2302-7274

menghilangkan Cr(III) secara berturut-turut sebesar 1,95% dan 25,78%. Hasil penelitiannya ini juga menunjukkan peningkatan kemampuan adsorpsi untuk Cr(III) dan Cr(IV) pada silika gel terimpregnasi difenilkarbazida bila dibandingkan dengan silika gel tanpa [7].

2. PERCOBAAN 2.1. Bahan dan peralatan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Silika Gel Termodifikasi Difenilkarbazon (Si-CPTMSDPZon) hasil sintesis dengan ukuran partikel lolos ayakan 250 µm, bahan-bahan kimia meliputi NaOH, HNO3, CrCl3.6H2O, dan HCl (diperolleh dari Merck ), Aqua DM dan akuades. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat-alat gelas, timbangan analitik, kertas saring, pengaduk magnet, desikator, ayakan 250 m, corong, pipet mikro, pencatat waktu, bola hisap, seperangkat alat spektrofotometer serapan atom (AAS) Shimadzu AA-7000 2.2 Metode a. Penentuan pH Optimum adsorpsi Pengaruh pH terhadap daya sorpsi Cr(III) pada adsorben dikerjakan menurut prosedur berikut, masing-masing 100 mg Si-CTS-DPZon ditambahkan ke dalam masing-masing 20,0 mL larutan Cr(III) 200 ppm pH 1 dalam Erlenmeyer 100 mL, lalu diaduk selama 30 menit dengan kecepatan 200 rpm. Tiap-tiap campuran disaring dan filtratnya dianalisis dengan AAS dengan metode kurva kalibrasi. Dengan cara sama dikerjakan untuk pH larutan Cr awal lain yaitu pH 2, 3, 4, dan 5. Pengaturan pH larutan menggunakan larutan NaOH dan HNO3. pH optimum adalah pH dimana jumlah Cr(III) yang terserap paling tinggi. (1) W = jumlah mg Cr(III) yang terserap per gram adsorben. C1 = konsentrasi awal Cr(III) (mg/L) 25


C2 = konsentrasi Cr(III) dalam filtrat (mg/L) V.= Volume Cr(III) yang digunakan (mL) b. Penentuan waktu optimum adsorpsi Pengaruh waktu pengadukan terhadap terhadap daya sorpsi Cr(III) pada adsorben dikerjakan menurut prosedur berikut, 100 mg adsorben Si-CTS-DPZon ditambahkan ke dalam 20,0 mL larutan Cr(III) 200 ppm dengan pH optimum, lalu diaduk selama 10 menit dengan kecepatan konstan. Demikian juga dikerjakan untuk waktu pengadukan yang lain yaitu 20, 30, 40, 50, 60, 70, 90 dan 120 menit. Tiap-tiap campuran disaring dan filtratnya dianalisis dengan AASdengan metode kurva kalibrasi.JUmlah Cr(III) yang terserap dihitung menggunakan persamaan (1). Waktu optimum adalah waktu terkecil yang memberikan serapan maksimum.

ISSN 2302-7274

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Pengaruh pH terhadap adsorpsi Cr(III) pada adsorben Si-CPTMSDPZon Pengaruh pH terhadap adsorpsi Cr(III) pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMSDPZon) ditunjukkan dalam Gambar 1.

c. Penentuan kapasitas adsorpsi Larutan ion logam Cr(III) dengan konsentrasi 50, 100, 150, 200, 250, 300 dan 400 ppm disiapkan pada pH optimum. Ke dalam tiap-tiap 20 mL larutan tersebut ditambahkan 100 mg adsorben. Tiap-tiap campuran diaduk dengan magnetik stirer selama waktu optimumnya dengan kecepatan 200 rpm. Tiap-tiap campuran disaring dengan kertas saring Whatman 42. Absorbansi tiap-tiap filtrat diukur dengan AAS dengan metode kurva kalibvrasi. Jumlah Cr(III) yang terserap untuk setiap filtrat dihitung dengan persamaan (1). Isoterm dan Kapasitas adsorpsi dievaluasi menggunakan persamaan linier Isoterm Langmuir’s dan persamaan linier Isoterm Freundlich. (Langmuir’s) (Freundlich) Dari slope persamaan Langmuir dapat diperoleh nilai b yang berhubungan dengan kapasitas adsorpsi.

Gambar 1. Kuva pengaruh pH terhadap jumlah Cr(III) yang terserap oleh adsorben Si-CPTMS-DPZon Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah Cr(III) yang terserap pada adsorben sangat dipengaruhi oleh pH, seperti yang ditunjukan oleh Gambar 4.1, pada pH 4 adsorben Si-CPTMS-DPZon menyerap Cr(III) paling banyak. Pada pH 1 sampai 3 jumlah Cr(III) yang terserap adsorben lebih sedikit, hal ini disebabkan adanya jumlah H+ yang lebih besar sehingga kation logam berkompetisi dengan H+ untuk berikatan dengan situs-situs aktif adsorben. Pada pH 4 Cr(III) dominan dalam bentuk Cr3+, sedangkan pada pH 5-6 jumlah Cr3+ yang terserap menurun, karena pada pH tersebut diperkirakan Cr3+ sebagian telah berubah menjadi Cr(OH)2+ dan Cr(OH)3 sesuai dengan spesiasi Cr(III) dalam air [8].

26


ISSN 2302-7274

3.2 Pengaruh waktu terhadap adsorpsi Cr(III) pada Si-CPTMS-DPZon Pengaruh waktu adsorpsi terhadap jumlah Cr(III) yang terserap pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (SiCPTMS-DPZon) ditunjukkan oleh Gambar 2.

Gambar 3. Jumlah Cr(III) yang terserap (mg/g) terhadap variasi konsentrasi Cr(III) pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (mg/L)

Gambar 2. Pengaruh waktu terhadap adsorpsi Cr(III) dengan jumlah Cr(III) yang terserap pada adsorben Si-CPTMS-DPZon Berdasarkan Gambar 2. dapat dilihat bahwa waktu adsorpsi selama 90 menit menunjukkan jumlah Cr(III) yang terserap oleh adsorben Si-CPTMS-DPZon paling tinggi. Secara umum dengan kenaikan waktu adsorpsi, jumlah Cr(III) yang teradsorpsi berfluktuatif sampai titik maksimumnya. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh lemahnya interaksi Cr(III) pada adsorben sehingga setelah terserap Cr(III) dapat dapat terlepas kembali. 3.3 Pengaruh Konsentrasi awal larutan Cr(III) terhadap adsorpsi Cr(IIII) Pengaruh konsentrasi terhadap jumlah Cr(III) yang teradsorpsi pada SiCPTMS-DPZon) dipelajari pada berbagai konsentrasi awal Cr (III) yaitu, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 400 mg/L. Adsorpsi Cr(III) dilakukan pada pH 4 dengan waktu kontak 90 menit pada suhu kamar. Hasil penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.

Terjadi peningkatan jumlah Cr(III) yang terserap pada Si-CPTMS-DPZon seiring dengan kenaikan konsentrasi Cr(III) dari 50 hingga 300 ppm, setelah konsentrasi 300 ppm mengalami penurunan. Semakin besar konsentrasi Cr (III) maka semakin banyak jumlah Cr(III) yang teradsorpsi pada permukaan adsorben tetapi akan menurun apabila telah mencapai kesetimbangan. Hal ini disebabkan karena konsentrasi ion Cr(III) maka interksi antar ion Cr(III) dengan permukaan adsorben juga semakin besar. Pada titik kesetimbangan adsorben tidak mampu lagi meningkatkan kemampuan adsorpsinya karena adsorben sudah jenuh. Jumlah ion Cr(III) yang terserap pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMSDPZon) optimum terjadi pada konsentrasi 300 ppm dengan jumlah Cr(III) terserap sebesar 55.9536 mg/g. 3.4 Kapasitas Adsorpsi Adsorben SiCPTMS-DPzon Jenis pola isotherm adsorpsi yang terjadi pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMSDPZon) terhadap Cr(III) dapat diketahui dengan menguji persamaan regresi linier isotermis adsorpsi Langmuir dan persamaan isotermis Freundlich. Isotermis adsorpsi 27


Langmuir memiliki asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Setiap molekul adsorben hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat (monolayer). Dan teori isotermis adsorpsi Langmuir ini juga berlaku untuk adsorpsi kimia yaitu membentuk lapisan monolayer [9]. Asumsi Isotermis adsorpsi Freundlich adalah adsorben mempunyai permukaan yang heterogen. Setiap molekul adsorben mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda (multilayer). Teori isotermis adsorpsi Freundlich ini berlaku untuk adsorpsi fisika yaitu membentuk lapisan multilayer [10]. Pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich pada adsorben Si-CPTMSDPZon dapat dilihat pada Gambar 4. dan Gambar 5.

Gambar 4. Pola isoterm adsorpsi Langmuir pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) Berdasarkan Gambar 4. dan Gambar 5. dapat dilihat bahwa adsorpsi Cr(III) pada SiCPTMS-DPZon lebih cenderung mengikuti pola isotherm adsorpsi Langmuir karena harga korelasi linier R2 pada persamaan isotherm Langmuir lebih besar dari persamaan isoterm Freundlich yaitu 0,9971 dan 0,5612.

ISSN 2302-7274

Gambar 5. Pola isoterm adsorpsi Freundlich pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMSDPZon) Adsorpsi yang mengikuti Isotermis Langmuir terjadi secara kimia, dimana permukaan adsorben memiliki kapasitas penyerapan yang lebih kecil dari Adsorpsi Freundlich yang proses adsorpsinya secara fisika. Kapasitas adsorpsi yang diperoleh dari persamaan Langmuir untuk adsorpsi Cr(III) pada Si-CPTMS-DPZon adalah 36,28 mg/g dengan energi adsorpsi sebesar 29,16 kJ/mol. Jika dilihat dari energi adsorpsi yang dihasilkan maka dapat dikategorikan telah terjadi adsorpsi secara kimia (kemisorpsi) yang melibatkan ikatan langsung antara adsorbat dengan permukaan adsorben, sesuai dengan yang dijelaskan oleh Adamson, 1990 bahwa apabila energi adsorpsi lebih besar dari 20,92 KJ/mol maka digolongkan dalam adsorpsi kimia (kimisorpsi).

4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan maka dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum adsorpsi logam Cr(III) oleh adsorben silika gel terimobilisasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) terjadi pada pH 4 dan waktu interaksi 90 menit, dengan kapasitas adsorpsi sebesar 36,28 28


mg/g dan energi adsorpsi sebesar 29,16 kJ/mol. Adsorpsi yang terjadi lebih cenderung mengikuti pola isoterm Langmuir dengan nilai R2 sebesar 0,9971 dibanding dengan isoterm Freundlich dengan R2 0,5612. 5. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Fakultas MIPA Universitas Udayana Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi atas dukungan finansial melalui Hibah Unggulan Program Studi tahun 2015, sehingga penelitian ini dapat dilaksanakan dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA [1] Anderson, R.A., 1997, Chromium As an Essential Nutrient for Human, Reg. Toxico. Pharmacol., 26, 534-541 [2] Costa, M., 2003, Potential Hazard of Hexavalent Chromate in Our Drinking Water, Toxicol. Appl. Pharmacol., 188, 1-5 [3] Palar, H., 1995, Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat, PT Rineka Cipta, Jakarta [4] Effendi, H., 2003, Telaah Kualitas Air : Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan IPB, Bogor : Kanisius

ISSN 2302-7274

[5] Endawati., Kapasitas Adsorpsi Kitosan dan Nanomagnetik Kitosan terhadap Ion Ni (II), Prosiding, Seminar Nasional Sains dan Teknologi Universitas Lampung, 2008 [6] Mahmoud, M., and Al-Saadi, M.S.M., 2007, Silica gel-physically adsorbed diphenylcarbazone as a selective solid phase extractor and pre-concentrator for chromium(III) and iron(III), J. Saudi Chem. Soc., 2007, Vol. 11, No. 2, p.p 331-340 [7] Mandala, G.G.A., Modifikasi Silika Gel Dari Abu Sekam Padi Dengan Difenilkarbazida dan Uji Adsorpsinya Terhadap Ion Cr(III) dan Cr(IV), Skripsi, Universitas Udayana, Bali, 2012, [8] Yun, Y-S., Park, D., Park, J.M., and Volesky, B., Biosorption of Trivalent Chromium on The Brown Seaweed Biomass, Environ. Sci. Technol., 2001, 35, 4353-4358 [9] Ospiow, L.J., Surface Chemistry Theory and Industrial Application, Chapman and Hall Ltd, London, 1962 [10] Oscik, J., and Cooper, L., Adsorptions, Ellis Horwoo Limited John Willey & Sons, New York, 1982

29

ADSORPSI Cr(III) PADA SILIKA GEL TERMODIFIKASI DIFENILKARBAZON SECARA SOL-GEL

Recommend Documents