ADSORPSI ION Pb2+ MENGGUNAKAN CAMPURAN KAOLIN-AMPAS SAGU DAN BENTONIT-AMPAS SAGU
YUYUN YUNITA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRAK YUYUN YUNITA. Adsorpsi Ion Pb2+ Menggunakan Campuran Kaolin-Ampas Saguu dan Bentonit-Ampas Sagu. Dibimbing oleh KOMAR SUTRIAH dan HENNY PURWANINGSIH. Berbagai upaya telah dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat, di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia dan ultrafiltrasi, akan tetapi metode-metode tersebut mahal dan tidak efektif. Metode alternatif yang lebih murah dan efektif diperlukan untuk mengatasi pencemaran logam berat. Pada penelitian ini, adsorpsi ion logam berat Pb2+ dilakukan menggunakan ampas sagu, campuran ampas sagu dengan kaolin, dan campuran ampas sagu dengan bentonit. Adsorben yang dibuat terlebih dahulu diaktivasi secara asam dan basa. Arang aktif komersial digunakan sebagai pembanding. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua adsorben campuran ampas sagu dengan kaolin dan bentonit berpotensi untuk mengadsorpsi ion logam berat Pb2+. Namun adsorben ampas sagu teraktivasi asam dan campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25) memiliki kapasitas adsorpsi yang paling tinggi. Kapasitas adsorpsi kedua adsorben ini lebih tinggi daripada arang aktif. Jenis isoterm adsorpsi dari kedua adsorben ini menunjukkan model isoterm Langmuir, artinya lapisan adsorbat yang terbentuk pada permukaan adsorben membentuk satu lapisan (monolayer).
ABSTRACT YUYUN YUNITA. Pb2+ Adsorption Using Mixture of Kaolinite-Sago Waste and Bentonite-Sago Waste. Supervised by KOMAR SUTRIAH and HENNY PURWANINGSIH. Various efforts have been conducted to overcome heavy metal contamination, among other things with physical and chemical method such as chemical precipitation and ultra-filtration. However, these methods are costly and ineffective. Therefore, there is a need to find alternatives to investigate a low cost and effective method. In this experiment, heavy metal ions Pb2+ were adsorbed on sago waste, mixture of sago waste with kaolinite, and mixture of sago waste with bentonite. The adsorbents were activated using acid and base. The activated charcoal was used as a comparation. The result showed that all adsorbents made of mixture of sago waste with kaolinite and with bentonite were potential to adsorb Pb2+. However, sago waste with acid-activation and the mixture of sago waste acid-treated as well as the acid-treated kaolinite (75:25) adsorbents gave adsorption capacity higher than the others. Adsorption capacity of both adsorbents were higher than the activated charcoal. Adsorption type of the adsorbent can be evaluated by the determination of Langmuir and Freundlich isotherm test. The result showed that both adsorbents had Langmuir isotherm type, so it can be estimated that the adsorbed layers on the adsorbent surface is monolayer.
ADSORPSI ION Pb2+ MENGGUNAKAN CAMPURAN KAOLIN-AMPAS SAGU DAN BENTONIT-AMPAS SAGU
YUYUN YUNITA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
: Adsorpsi Ion Pb2+ Menggunakan Campuran Kaolin-Ampas Sagu dan Bentonit-Ampas Sagu : Yuyun Yunita : G44062679
Judul Nama NIM
Menyetujui Pembimbing I,
Pembimbing II,
Drs. Komar Sutriah, M.S. NIP 19630705 199103 1 004
Henny Purwaningsih, S.Si, M.Si. NIP 19741201 200501 2 001
Mengetahui Ketua Departemen Kimia,
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, M.S. NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian ini ialah Adsorpsi Ion Pb2+ Menggunakan Campuran KaolinAmpas sagu dan Bentonit-Ampas sagu, yang dilaksanakan pada bulan September 2010 sampai dengan Februari 2011 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs. Komar Sutriah, M.S. selaku pembimbing pertama dan Ibu Henny Purwaningsih, S.Si, M.Si. selaku pembimbing kedua yang telah memberikan arahan, saran, dan dorongan selama pelaksanaan penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih penulis berikan kepada Mama dan Bapa yang tidak pernah berhenti memberikan semangat, doa, dan kasih sayangnya kepada penulis. Terima kasih juga penulis haturkan kepada Bapak Nano, Ibu Ai, dan Bapak Ismail dari Laboratorium Kimia Fisik serta Bapak Wawan dari laboratorium bersama atas fasilitas dan bantuan yang diberikan selama penelitian. Ucapan terima kasih juga disampaikan semua teman-teman KIMIA 43 terutama Ismi, Erika,Susi, Ka Alvin, Ka Ifan, dan Ka Sidiq yang turut membantu memberikan bantuan, semangat, dan dukungannya dalam penyusunan karya ilmiah. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2011 Yuyun Yunita
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 26 Juni 1986 dari ayah Suhardi dan ibu Junariah. Penulis merupakan anak kedua dari dua bersaudara. Tahun 2006 penulis lulus dari Sekolah Menengah Analis Kimia Bogor dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2009 penulis melaksanakan praktik lapangan di Laboratorium Instrumen Balai Besar Industri Agro (BBIA) Bogor dengan judul laporan Validasi Metode Pengujian Kadar Acesulfam-K dalam Minuman Serbuk Menggunakan HPLC. Tahun 2010/2011 penulis melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam organisasi dan beberapa kegiatan kepanitiaan antara lain menjadi pengurus Ikatan Mahasiswa Kimia sebagai staf Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa pada tahun ajaran 2008/2009 serta staf Komunikasi dan Informasi pada tahun ajaran 2009/2010 dan sebagai bendahara UKM Seroja Putih pada tahun ajaran 2007/2008. Selain itu, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Tingkat Persiapan Bersama pada tahun ajaran 2008/2009 sampai dengan 2010/2011, asisten praktikum Kimia Biologi pada tahun ajaran 2009/2010 dan 2010/2011, asisten praktikum Spektrofotometri mahasiswa kimia IPB penyelenggaraan khusus pada tahun ajaran 2009/2010 dan 2010/2011, asisten praktikum Kimia Analitik II pada tahun ajaran 2009/2010, asisten praktikum Kimia Fisik Layanan ITP dan mahasiswa penyelenggaraan khusus pada tahun ajaran 2009/2010 dan 2010/2011, serta asisten praktikum Kimia Lingkungan pada tahun ajaran 2010/2011.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................
x
PENDAHULUAN ..............................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Ampas Sagu ............................................................................................ Kaolin ...................................................................................................... Bentonit ................................................................................................... Timbal ..................................................................................................... Adsorpsi .................................................................................................. Isoterm Adsorpsi ..................................................................................... Isoterm Adsorpsi Langmuir .................................................................... Isoterm Adsorpsi Freundlich ...................................................................
1 2 2 3 3 3 3 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ........................................................................................ Metode ....................................................................................................
4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Aktivasi ampas sagu, kaolin, dan bentonit .............................................. 5 Seleksi adsorben ...................................................................................... 6 Kondisi optimum ampas sagu teraktivasi asam ...................................... 7 Kondisi optimum ampas sagu teraktivasi asam-bentonit (75:25) ........... 8 Kondisi optimum ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25) .............. 8 Kondisi optimum arang aktif .................................................................. 9 Pengaruh waktu adsorpsi dan bobot adsorben ........................................ 9 Perbandingan kinerja adsorben ............................................................... 10 Isoterm adsorpsi ...................................................................................... 11 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ................................................................................................. 13 Saran........................................................................................................ 13 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 13 LAMPIRAN ........................................................................................................ 15
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Ampas sagu ....................................................................................................
2
2 Struktur kristal kaolin .....................................................................................
2
3 Struktur kristal bentonit ..................................................................................
2
4 Skema interaksi proton pada struktur kaolin ..................................................
6
5 Skema interaksi pada dengan struktur bentonit ..............................................
6
6 Kurva kapasitas dan efisiensi adsorpsi setiap adsorben pada tahap seleksi ...
7
7 Waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam ................................
8
8 Bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam .................................
8
9 Waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-bentonit (75:25) .....
8
10 Bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-bentonit (75:25) ......
8
11 Waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25). .......
9
12 Bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25). ........
9
13 Waktu optimum arang aktif ...........................................................................
9
14 Bobot optimum arang aktif.............................................................................
9
15 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb2+ oleh ampas sagu teraktivasi asam .............. 11 16 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb2+ oleh ampas sagu teraktivasi asam ............. 11 17 Isoterm Langmuir oleh ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25) ............ 11 18 Isoterm Freundlich oleh ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25) ........... 11 19 Adsorpsi ion positif pada permukaan adsorben ............................................ 12
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Diagram alir penelitian ................................................................................... 16 2 Seleksi adsorben ............................................................................................. 17 3 Penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam ............... 20 4 Penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-bentonit
22
5 Penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin .... 24 6 Penentuan waktu optimum adsorben arang aktif ......................................... 26 7 Penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam ................ 28 8 Penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-bentonit
30
9 Penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin..... 32 10 Penentuan bobot optimum arang aktif............................................................ 34 11 Penentuan isoterm adsorpsi ............................................................................ 36
PENDAHULUAN Berkembangnya IPTEK, industri, dan pertambahan jumlah penduduk yang pesat memacu terjadinya pencemaran lingkungan antara lain pencemaran air, tanah, dan udara. Salah satu zat pencemar lingkungan adalah logam berat. Logam berat merupakan polutan yang umumnya bersifat racun bagi makhluk hidup walaupun beberapa diantaranya diperlukan dalam jumlah kecil. Logam berat dapat terdistribusi ke dalam tubuh manusia melalui berbagai perantara, seperti udara, makanan, maupun air yang terkontaminasi (Dewi 2009). Timbal (Pb) merupakan salah satu logam berat. Limbah yang mengandung Pb dapat berasal dari limbah penggunaan batu bara, minyak, campuran bensin, pembuatan baterai, pewarna, amunisi, tinta koran dan untuk bahan campuran logam lainnya (Dewi 2009). Metode-metode yang biasa digunakan untuk mengatasi pencemaran oleh logam berat antara lain presipitasi, adsorpsi, pertukaran ion, elektrodeposisi, ekstraksi pelarut, pemisahan melalui membran, dan osmosis balik. Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah adsorpsi karena prosesnya mudah dan biaya yang diperlukan lebih ekonomis (Quek et al. 1998). Adsorben logam berat yang sering digunakan di perusahaan dan pusat pengolahan limbah adalah arang aktif dan zeolit yang mudah didapatkan secara komersil. Adsorben logam berat lain selain arang aktif dan zeolit, yaitu kaolin dan bentonit. Kaolin adalah tanah liat golongan filosilikat dengan tipe 1:1, sedangkan bentonit adalah tanah liat golongan filosilikat dengan tipe 2:1 (Supeno 2007). Penelitian tentang kaolin dan bentonit sebagai adsorben logam berat sudah banyak dilakukan antara lain adsorpsi ion Pb2+ dari larutan dengan kaolin (Omar & Hossam 2007), adsorpsi logam Pb dan Cu dengan bentonit (Inel et al. 1998), adsorpsi Cu dan Ni dengan Bentonit (Zhi-Rong & Shao-Qi 2010), dan lain-lain. Adsorben logam berat dari limbah hasil pertanian saat ini banyak dikembangkan. Cara ini diharapkan dapat mengurangi pembuangan limbah yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan serta dapat menambah nilai ekonomis limbah tersebut. Limbah pertanian yang dapat digunakan sebagai adsorben logam berat antara lain ampas sagu, ampas tebu, tongkol
jagung, dan bonggol pisang (Kadirvelu et al. 2003). Indonesia memiliki areal tanaman sagu terbesar di dunia hingga 1.2 juta ha atau 51.3% dari 2.2 juta ha areal sagu dunia terutama di Irian Jaya, Maluku, dan Sumatera, namun limbah hasil pengolahan pohon sagu, khususnya ampas sagu sampai saat ini masih sedikit yang dimanfaatkan secara optimal padahal potensinya cukup besar (Tampoebolon 2009). Pada proses pengolahan sagu menjadi tepung sagu, jumlah ampas yang dihasilkan sekitar 75% dari jumlah bahan mentahnya Selama ini, limbah ampas sagu umumnya langsung dibuang ke lingkungan, terutama ke sungai sehingga dapat meningkatkan pencemaran. Sebagian kecil limbah ampas sagu selama ini dimanfaatkan sebagai bahan bakar, campuran pakan ternak, dan media penanaman jamur (Djoefrie1999). Beberapa penelitian tentang pemanfaatan ampas sagu telah dilakukan, diantaranya asetilasi selulosa ampas sagu dan aplikasinya sebagai fase diam kromatografi kolom (Cahyani 2010), pembuatan arang aktif dari ampas sagu sebagai adsorben logam Cu (Maheswari 2008), dan pemanfaatan ampas sagu sebagai adsorben logam Pb dan Cu (Quek et al. 1998). Pembuatan adsorben saat ini sedang banyak dikembangkan dengan melakukan modifikasi misalnya dengan mencampur beberapa jenis adsorben tertentu sehingga adsorben yang dihasilkan diharapkan memiliki kapasitas adsorpsi dan efisiensi penjerapan yang tinggi, serta harganya lebih ekonomis (Sembiring et al. 2008). Penelitian ini mencampurkan ampas sagu dengan kaolin dan ampas sagu dengan bentonit pada perbandingan tertentu yang masing-masing telah diaktivasi secara kimia, kemudian gabungan keduanya digunakan sebagai adsorben ion Pb2+. Penelitian ini bertujuan untuk memilih adsorben terbaik dari ampas sagu, campuran ampas sagubentonit, dan campuran ampas sagu-kaolin dalam mengadsorpsi ion Pb2+.
TINJAUAN PUSTAKA Ampas Sagu Ampas sagu (Gambar 1) merupakan limbah berupa serat-serat empulur yang diperoleh dari hasil pemrosesan batang sagu.
2
Kandungan serat kasarnya sekitar 28.30%, sedangkan kandungan proteinnya sekitar 1.36% (Tampoebolon 2009). Sumber lain menyebutkan bahwa ampas sagu yang berasal dari Malaysia mengandung 66% pati dan 24% serat kasar berupa lignin dan selulosa (Adenil 2010). .
Gambar 1 Ampas sagu. Kaolin Kaolin merupakan salah satu senyawa mineral alumino-silikat. Komposisi kaolin yaitu Al2O3 : SiO2 : H2O (1:1:2) atau 2SiO2.Al2O3.2H2O pada setiap satuan selnya. Kaolin merupakan golongan filosilikat dengan tipe 1:1 karena struktur satuan sel kristalnya (Gambar 2) terdiri dari satu lembar lapisan aluminium oktahedral pada satu sisi dan satu lembar lapisan silika tetrahedral pada sisi yang lain. Kedua lapisan tersebut dihubungkan oleh atom oksigen melalui ikatan hidrogen antara silika-oksigen dan alumina-oksigen (Supeno 2007).
hidroksil bergantung pada pH larutan (Nandi et al. 2009). Sifat-sifat fisik kaolin, yaitu berwarna putih, berbentuk butiran rapuh, sulit larut dalam air, memiliki titik lebur 1850°C, serta memiliki daya hantar listrik dan panas yang rendah, Kaolin banyak digunakan di industri keramik sebagai bahan glasir, industri cat sebagai bahan pewarna, industri plastik untuk melicinkan permukaan plastik, dan industri kertas sebagai bahan pengisi (Silitonga 2008). Bentonit Bentonit merupakan salah satu jenis batuan dari tanah liat. Nama bentonit digunakan dalam dunia perdagangan untuk tanah lempung yang mengandung montmorillonit lebih dari 85%. Rumus kimia umum bentonit adalah Al2O3.4SiO2.xH2O. Bentonit merupakan mineral tanah liat tipe 2:1 karena struktur kristalnya (Gambar 3) terdiri dari 2 lembar lapisan silika tetrahedral dan satu lembar lapisan aluminium oktahedral. Setiap satuan selnya terdiri dari 2 lapisan tetrahedral yang disusun oleh unsur utama Si(O,OH) dan mengapit satu lapisan oktahedral yang disusun oleh unsur M(O,OH) dimana M adalah logam Al, Mg, dan Fe, di antara lembaran-lembaran ini, terdapat ruang yang diisi oleh molekul-molekul air dan kation-kation lain (Supeno 2007). Sifat-sifat fisik bentonit, yaitu memiliki warna yang bervariasi tergantung jenis dan kandungan fragmen mineralnya, pada umumnya, bentonit berwarna kecoklatan. Bentonit bersifat lunak, mudah menyerap air, dan memiliki berat jenis berkisar antara 2,4 2,8 g/ml.
Gambar 2 Struktur kristal kaolin. Bagian permukaan dari kristal kaolin mempunyai muatan negatif yang tetap. Muatan negatif tersebut disebabkan adanya subtitusi isomorf Si4+ dan Al3+ pada lapisan silika. Muatan pada permukaan dan tepi-tepi alumina dapat menyebabkan terjadinya protonasi maupun deprotonasi dari gugus
Gambar 3 Stuktur kristal bentonit.
3
Bentonit banyak digunakan di industri insektisida dan pestisida sebagai bahan carrier, industri kertas sebagai bahan pengisi dan pengental, industri pengeboran minyak, dan lain-lain. Timbal (Pb) Pencemaran perairan oleh Pb2+ sangat berbahaya karena sulit diuraikan atau nonbiodegradable dan dapat menyebabkan masalah kesehatan pada manusia dan lingkungan. Pada manusia, akumulasi Pb dalam tubuh dapat menyebabkan anemia, kerusakan ginjal, kerusakan otak, dan paralysis pada urat saraf. World Health Organization (WHO) telah menetapkan batas maksimal kandungan Pb2+ di perairan adalah 0.01 ppm (Omar & Hossam 2007). Adsorpsi Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada suatu permukaan. Zat yang diadsorpsi disebut fase teradsorpsi (adsorbat) dan zat yang mengadsorpsi disebut adsorben. Adsorben pada umumnya adalah zat padat yang berongga, contohnya zeolit dan arang aktif (Atkins 1999). Mekanisme adsorpsi dapat dibedakan menjadi dua yaitu, adsorpsi secara fisika (fisisorpsi) dan adsorpsi secara kimia (kimisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah gaya-gaya Van der Waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah yaitu sekitar 20 kJ/mol. Pada proses kimisorpsi, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kimisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikelpartikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Waals atau melalui ikatan hidrogen, diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Pada adsorpsi kimia, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen) dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat (Atkins 1999). Kemampuan adsorpsi pada adsorben dapat dinyatakan oleh kapasitas adsorpsi. Adsorben yang baik memiliki kapasitas adsorpsi dan persentase efisiensi penjerapan yang tinggi. Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Q = V(Co – C) m Persentase penjerapan dapat dihitung dengan menggunakan rumus : %E = (C o – C) x 100% Co Keterangan: Q = kapasitas adsorpsi (mg/g) %E = persentase penjerapan V = volume larutan (L) Co = konsentrasi awal (mg/L) C = konsentrasi akhir (mg/L) m = massa adsorben (g) Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada adsorben terhadap konsentrasi adsorbat dalam larutan. Kesetimbangan terjadi pada saat laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya. Terdapat beberapa tipe isoterm yang digunakan untuk menggambarkan interaksi antara adsorben dan adsorbat. Tipe isoterm adsorpsi yang umum digunakan untuk menggambarkan fenomena adsorpsi padatcair adalah tipe isoterm Langmuir dan Freundlich (Atkins 1999). Isoterm Adsorpsi Langmuir Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal, panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, semua bagian, permukaannya bersifat homogen, dan terdapat sejumlah tertentu sisi aktif adsorben yang membentuk ikatan kovalen atau ion. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekul-molekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir adalah sebagai berikut,
C x/m
=
1 αβ
+
1 α
C
C merupakan konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi, x/m adalah massa adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben, α dan β adalah konstanta yang berhubungan dengan afinitas adsorpsi (Atkins 1999).
4
Isoterm Adsorpsi Freundlich Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya beberapa lapisan (multilayer) dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben, namun pada adsorpsi Freundlich bagian sisi aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Isotherm Freundlich hanya melibatkan gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben. Isoterm Freundlich menganggap bahwa pada semua sisi permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan. Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya sisi-sisi pada permukaan yang mampu mencegah adsorpsi pada saat kesetimbangan tercapai, dan hanya ada beberapa sisi aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut, Log (x/m) = log k + 1/n log C C merupakan konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi, x/m adalah massa adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben, k dan n adalah konstanta yang berhubungan dengan afinitas adsorpsi (Atkins 1999).
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah alat-alat kaca, pengaduk magnet, pemanas listrik, refluks, oven, alat pengocok, dan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA/AAS). Bahan-bahan yang digunakan adalah ampas sagu dari pabrik pengolahan sagu Cimahpar Bogor, bentonit dari PT Sud Chemie, kaolin komersil, arang aktif komersil, H2SO4, NaOH, H3PO4 (Merck), Pb(NO3)2, dan akuades. Metode Penelitian Penelitian terdiri atas beberapa tahap. Tahap pertama ialah preparasi ampas sagu, kaolin, dan bentonit. Tahap kedua adalah aktivasi. Tahap ketiga adalah pembuatan campuran adsorben kaolin-ampas sagu dan bentonit-ampas sagu. Tahap keempat adalah penentuan waktu dan bobot optimum adsorben pada adsorpsi larutan Pb2+. Tahap terakhir adalah penentuan jenis isoterm adsorpsi Pb2+.
Preparasi Ampas Sagu, Kaolin, dan Bentonit Ampas sagu, kaolin, dan bentonit dicuci dengan akuades, kemudian dikeringkan di dalam oven pada suhu 105 °C. Aktivasi Asam Ampas Sagu Ampas sagu yang telah dicuci ditimbang sebanyak 10 g ke dalam Erlenmeyer dan ditambahkan 250 mL H3PO4 30%. Campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet selama 6 jam, kemudian disaring residu padatnya. Setelah disaring, ampas sagu tersebut dicuci beberapa kali dengan akuades untuk membersihkan sisa asam, lalu dikeringkan pada suhu 105 oC di dalam oven, kemudian digiling dan diayak. Aktivasi Basa Ampas Sagu Ampas sagu yang telah dicuci ditimbang sebanyak 10 g ke dalam Erlenmeyer dan ditambahkan 250 mL NaOH 0.1 N. Campuran tersebut diaduk selama 6 jam, kemudian disaring residu padatnya. Setelah disaring, ampas sagu tersebut dicuci beberapa kali dengan akuades untuk membersihkan sisa basa, lalu dikeringkan pada suhu 105 oC di dalam oven, kemudian digiling dan diayak. Aktivasi Asam Kaolin dan Bentonit Kaolin ditimbang sebanyak 30 g ke dalam labu bulat dan ditambahkan 250 mL H2SO4 30%. Campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet sambil dipanaskan pada suhu 90−100 °C selama 6 jam, kemudian didinginkan dan disaring dengan penyaring vakum. Kaolin lalu dicuci beberapa kali dengan akuades untuk membersihkan sisa asam. Keberadaan ion SO42- dideteksi menggunakan larutan BaCl2. Kaolin yang telah dicuci tersebut dikeringkan pada suhu 105 °C, kemudian diayak. Aktivasi bentonit merujuk pada metode aktivasi kaolin. Pembuatan Adsorben Kaolin-Ampas sagu dan Bentonit-Ampas sagu Kaolin dan bentonit yang telah diaktivasi dicampur hingga merata dengan sejumlah ampas sagu yang juga telah diaktivasi. Komposisi campuran ampas sagu dengan kaolin dan bentonit yang dibuat yaitu 100:0 :25:75; 50:50; dan 75:25. Selanjutnya adsorben diberi nama sebagai berikut, A. ampas sagu teraktivasi basa, B. ampas sagu teraktivasi asam, C. bentonit teraktivasi asam, D. kaolin teraktivasi asam,
5
E. ampas sagu teraktivasi basa-bentonit teraktivasi asam (25 : 75), F. ampas sagu teraktivasi basa-bentonit teraktivasi asam (50 : 50), G. ampas sagu teraktivasi basa-bentonit teraktivasi asam (75 : 25), H. ampas sagu teraktivasi basa-kaolin teraktivasi asam (25 : 75), I. ampas sagu teraktivasi-basa-kaolin teraktivasi asam (50 : 50), J. ampas sagu teraktivasi basa-kaolin teraktivasi asam (75 : 25), K. ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (25 : 75), L. ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (50 : 50), M. ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (75 : 25), N. ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (25 : 75), O. ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (50 : 50), dan P. ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75 : 25). Adsorpsi Pb2+ Pembuatan Larutan Pb2+ Larutan stok Pb2+ 1000 mg/L dibuat sebanyak 1L dari Pb(NO3)2. Larutan Pb2+ 1000 ppm kemudian diencerkan menjadi 100 pm dan dibuat kurva standar dari larutan hasil pengenceran larutan stok ini dengan konsentrasi 1, 2, 4, 6, 8, dan 10 mg/L. Seleksi Adsorben Masing-masing adsorben dari 16 jenis tersebut ditimbang sebanyak 0.4 g ke dalam Erlenmeyer, kemudian ditambahkan 50 mL larutan Pb2+ 16 mg/L. Larutan berisi adsorben tersebut lalu dikocok selama 15 menit, setelah itu disaring dan diambil filtratnya, kemudian diukur absorbansnya dengan AAS pada panjang gelombang 217 nm. Setelah itu dihitung masing-masing nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsinya. Adsorben yang memiliki nilai kapasitas tertinggi selanjutnya ditentukan waktu dan bobot optimumnya. Penentuan Waktu Optimum Adsorben Sebanyak 0.5 g adsorben yang sudah diseleksi dimasukkan ke dalam 50 mL larutan Pb2+ 100 mg/L, kemudian larutan dikocok selama waktu yang ditentukan. Variasi waktu adsorpsi yang digunakan ialah 15, 30, 45, 60, 90, dan 120 menit. Campuran kemudian disaring filtratnya dan diukur absorbansnya dengan AAS pada panjang gelombang 217
nm. Setelah itu, dihitung nilai efisiensi adsorpsi dan kapasitas adsorpsinya. Penentuan Bobot Optimum Adsorben Variasi bobot adsorben yang digunakan adalah 0.25, 0.5, 1.0, dan 2.0 g. Masingmasing ditambahkan 50 mL larutan Pb2+ 60 mg/L, kemudian dikocok selama waktu optimum. Campuran disaring dan absorbans filtrat diukur dengan AAS pada panjang gelombang 217 nm. Setelah itu, dihitung nilai efisiensi adsorpsi dan kapasitas adsorpsinya Penentuan Isoterm Adsorpsi Adsorben ditimbang sebanyak bobot optimum kemudian ditambahkan 50 mL larutan Pb2+ pada berbagai konsentrasi, yaitu 50, 75, 100, 125, dan 150 mg/L, kemudian dikocok pada waktu optimum. Setelah itu, disaring dan diambil filtratnya untuk diukur absorbansnya dengan AAS pada panjang gelombang 217 nm. Persamaan regresi linear menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich dibuat untuk menentukan jenis isoterm yang sesuai. Penentuan Waktu Optimum dan Pengaruh Bobot Adsorben Arang Aktif Metode penentuan waktu dan bobot optimum adsorben arang aktif dilakukan dengan merujuk pada metode penentuan waktu optimum dan bobot optimum adsorben diatas.
HASIL DAN PEMBAHASAN Aktivasi Ampas Sagu, Kaolin, dan Bentonit Adsorben yang akan digunakan diaktivasi terlebih dahulu agar jumlah pori-pori yang terbuka lebih banyak sehingga luas permukaannya semakin bertambah. Ampas sagu, kaolin, dan bentonit mula-mula dicuci dengan akuades untuk membersihkan pengotor-pengotor yang larut di dalam air. Ampas sagu kemudian diaktivasi dengan 2 cara, yaitu ada yang menggunakan H3PO4 30% dan ada yang menggunakan NaOH 0.1 N untuk membersihkan senyawa-senyawa selain polisakarida seperti mineral, protein, dan lemak yang larut dalam asam dan basa sehingga diharapkan tidak menutupi pori-pori adsorben yang dapat mengganggu mekanisme adsorpsi ion Pb2+. Aktivasi kaolin dan bentonit menggunakan asam diharapkan akan
6
menghasilkan mineral dengan situs aktif dan keasamaan permukaan yang lebih besar, sehingga kemampuan adsorpsi yang dihasilkan akan lebih tinggi dibandingkan sebelum diaktivasi. Asam yang digunakan untuk mengaktivasi kaolin dan bentonit adalah H2SO4 karena H2SO4 memiliki jumlah ekivalen H+ lebih tinggi dibanding dengan HCl ataupun HNO3 (Suarya 2008). Proses yang terjadi pada aktivasi kaolin menggunakan H2SO4 30%, yaitu komponenkomponen seperti Fe2O3, Al2O3, CaO, dan MgO yang mengisi ruang antarlapisan kaolin menjadi larut serta pengotor-pengotor yang melekat pada permukaan kaolin pun dibersihkan sehingga menambah luas permukaan adsorben. Ion-ion Ca2+ dan Mg2+ yang berada pada permukaan adsorben secara berangsur-angsur juga akan digantikan oleh ion H+ dari H2SO4 (Gambar 4).
Gambar 4 Skema interaksi proton pada struktur kaolin (Dudkin et al. 2004). Begitu juga halnya pada aktivasi bentonit. Kation logam seperti Na+, Ca2+, dan Mg2+ dalam struktur bentonit digantikan dengan H+ dari H2SO4 (Gambar 5), aktivasi bentonit dengan asam mineral juga diharapkan dapat melarutkan sebagian Al2O3 pada daerah antar ruang dan meningkatkan perbandingan SiO2 : Al2O3 dari (2 – 3):1 menjadi (5 – 6):1 (Supeno 2007).
Lapisan Silikat Lapisan Kation 7Na+
Pertukaran Kation
Kalsinasi
Gambar 5 Skema interaksi proton pada struktur bentonit (Darma 2010). Seleksi Adsorben Adsorben yang digunakan pada tahap seleksi adalah ampas sagu teraktivasi asam, ampas sagu teraktivasi basa, bentonit teraktivasi asam, kaolin teraktivasi asam, dan masing-masing campuran antara ampas sagu dengan bentonit dan kaolin yang dibuat dengan perbandingan 100:0 ; 25:75 ; 50:50 ; dan 75:25, sehingga total adsorben yang diseleksi terdapat 16 jenis (Lampiran 2). Adsorpsi masing-masing adsorben dilakukan pada bobot dan waktu yang sama yaitu selama 15 menit dengan bobot 0.4 g. Larutan yang digunakan adalah larutan tunggal Pb2+ dengan konsentrasi awal 16 mg/L (Lampiran 2). Berdasarkan nilai efisiensi adsorpsinya, adsorben ampas sagu yang teraktivasi asam maupun basa serta campurannya mampu menjerap Pb2+ dengan kisaran 60–90% dan nilai kapasitas adsorpsinya berkisar antara 1-2 mg/g (Gambar 6). Hal ini membuktikan bahwa ampas sagu dan campurannya dengan bentonit maupun kaolin dapat digunakan sebagai adsorben ion Pb2+. Sebaliknya, adsorben bentonit teraktivasi asam (C) dan kaolin teraktivasi asam (D) memiliki nilai kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan dengan ampas sagu dan campurannya yaitu 0.16 dan 0.64 mg/g serta 7.45% dan 30.72%.
7
Gambar 6 Kurva kapasitas dan efisiensi adsorpsi masing-masing adsorben pada tahap seleksi Adsorben yang memiliki nilai efisiensi adsorpsi yang cukup besar (kisaran 90%) ada 8 jenis yaitu ampas sagu teraktivasi basa (A), ampas sagu teraktivasi asam (B), ampas sagu aktivasi basa-bentonit aktivasi asam (50:50) (F), ampas sagu aktivasi basa-bentonit aktivasi asam (75:25) (G), ampas sagu aktivasi basa-kaolin aktivasi asam (75:25) (J), ampas sagu aktivasi asam-bentonit aktivasi asam (75:25) (M), ampas sagu aktivasi asamkaolin aktivasi asam (25:75) (N), dan ampas sagu aktivasi asam-kaolin aktivasi asam (75:25) (P). Hal ini menunjukkan bahwa aktivasi ampas sagu dengan asam lemah dan basa encer dapat meningkatkan luas permukaan dan pori-pori adsorben, sehingga dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi bentonit dan kaolin yang relatif rendah. Berdasarkan hasil seleksi, adsorben campuran yang diambil untuk ditentukan kondisi optimumnya adalah campuran ampas sagu aktivasi asam-bentonit aktivasi asam (75:25) (M) dan campuran ampas sagu aktivasi asam-kaolin aktivasi asam (75:25) (P) karena kedua adsorben campuran ini memiliki nilai kapasitas adsorpsi yang lebih tinggi dibandingkan adsorben campuran lainnya (Lampiran 2). Ampas sagu teraktivasi asam (B) yang tanpa dicampur kaolin maupun bentonit dicari kondisi optimumnya sebagai blanko, sedangkan arang aktif komersil yang sering digunakan di perusahaan-perusahaan
dicari pula kondisi optimumnya untuk dibandingkan dengan ketiga adsorben ini, maka jumlah adsorben yang ditentukan kondisi optimumnya ada empat jenis. Kondisi optimum adsorpsinya diukur berdasarkan dua parameter, yaitu waktu adsorpsi dan bobot adsorben. Setelah itu, ditentukan jenis isoterm adsorpsinya. Waktu optimum atau waktu setimbang adalah waktu dimana adsorben telah jenuh dengan adsorbat. Faktor lain yang mempengaruhi kapasitas dan efisiensi adsorpsi adalah bobot adsorben. Semakin banyak bobot adsorben yang digunakan maka diharapkan luas permukaan akan lebih besar sehingga mampu mengadsorpsi lebih banyak adsorbat. Kisaran bobot yang digunakan adalah 0.25 – 2 g. Kondisi Optimum Adsorben Ampas Sagu Teraktivasi Asam Waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam (adsorben B) adalah 45 menit (Gambar 7) dengan kapasitas adsorpsi rerata maksimum 11.59 mg/g dan efisiensi adsorpsi rerata 98.92% (Lampiran 3), artinya setiap 1 gram adsorben B mampu mengadsorpsi 11.59 mg ion Pb2+ dalam waktu 45 menit. Larutan Pb2+ yang diadsorpsi berkonsentrasi 118.6000 mg/L, sehingga berdasarkan nilai efisensi adsorpsinya, adsorben ampas sagu teraktivasi
8
asam dapat menurunkan konsentrasi Pb2+ menjadi 1.2809 mg/L.
mengadsorpsi 6.52 mg ion Pb2+ dalam waktu 90 menit. Larutan Pb2+ yang diadsorpsi berkonsentrasi 111.0256 mg/L, sehingga berdasarkan nilai efisiensi adsorpsinya, adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (75:25) dapat menurunkan konsentrasi Pb2+ menjadi 45.8092 mg/L.
Gambar 7 Waktu optimum adsorpsi adsorben ampas sagu teraktivasi asam. Pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam, hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi ion Pb2+ meningkat dari 28.75% sampai 95.14%. Bobot optimum didapatkan pada 0.5 g (Gambar 8) dengan kapasitas adsorpsi maksimum yaitu 3.00 mg/g. Setelah melewati 0.5 g, kapasitas adsorpsinya menurun (Lampiran 7).
Gambar 9 Waktu optimum adsorpsi adsorben ampas sagu teraktivasi asambentonit aktivasi asam (75:25). Pada penentuan bobot optimum adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asambentonit teraktivasi asam (75:25) (adsorben M), hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi ion Pb2+ meningkat dari 31.32% sampai 96.81%. Bobot optimum didapatkan pada 0.5 g (Gambar 10) karena kapasitas adsorpsinya maksimum yaitu 4.28 mg/g (Lampiran 8).
Gambar 8 Bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam. Kondisi Optimum Adsorben Campuran Ampas Sagu Teraktivasi Asam-Bentonit (75:25) Waktu optimum adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (75:25) (adsorben M) adalah 90 menit (Gambar 9) dengan kapasitas adsorpsi rerata maksimum 6.52 mg/g dan efisiensi adsorpsi rerata 58.74% (Lampiran 4), artinya setiap 1 g adsorben M mampu
Gambar 10 Bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (75:25). Kondisi Optimum Adsorben Campuran Ampas Sagu Teraktivasi Asam-Kaolin (75:25) Waktu optimum adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) (adsorben P) adalah 30 menit
9
(Gambar 11) dengan kapasitas adsorpsi rerata maksimum 8.22 mg/g dan efisiensi adsorpsi rerata 69.31% (Lampiran 5), artinya setiap 1 g adsorben M mampu mengadsorpsi 8.22 mg ion Pb2+ dalam waktu 30 menit. Larutan Pb2+ yang diadsorpsi berkonsentrasi 118.8800 mg/L, sehingga berdasarkan nilai efisiensi adsorpsinya, adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) dapat menurunkan konsentrasi Pb2+ menjadi 36.4843 mg/L.
Gambar 11 Waktu optimum adsorpsi adsorben ampas sagu teraktivasi asamkaolin aktivasi asam (75:25). Pada penentuan bobot optimum adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) (adsorben P), hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi ion Pb2+ meningkat dari 38.31% sampai 97.25%. Bobot optimum didapatkan pada 0.25 g (gambar 12) karena kapasitas adsorpsinya maksimum yaitu 5.02 mg/g (Lampiran 9).
Kondisi Optimum Adsorben Arang Aktif Waktu optimum adsorben arang aktif adalah 90 menit (Gambar 13) dengan kapasitas adsorpsi rerata maksimum 2.72 mg/g dan efisiensi adsorpsi rerata 24.52% (Lampiran 6), artinya 1 g arang aktif mampu mengadsorpsi 2.72 mg ion Pb2+ dalam waktu 90 menit. Larutan Pb2+ yang diadsorpsi berkonsentrasi 116.8250 mg/L, sehingga berdasarkan nilai efisensi adsorpsinya, arang aktif dapat menurunkan konsentrasi Pb2+ menjadi 88.1795 mg/L.
Gambar 13 Waktu optimum arang aktif. Pada penentuan bobot optimum adsorben arang aktif, hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi ion Pb2+ meningkat dari 2.73% sampai 97.09%. Bobot optimum didapatkan pada 1 g (Gambar 14) karena kapasitas adsorpsinya maksimum yaitu 2.32 mg/g (Lampiran 10).
Gambar 14 Bobot optimum arang aktif. Pengaruh Waktu Adsorpsi dan Bobot Adsorben Gambar 12 Bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kapasitas dan efisiensi adsorpsi meningkat seiring dengan bertambahnya waktu adsorpsi, selanjutnya setelah melewati waktu optimum, kapasitas adsorpsi cenderung stabil bahkan
10
menurun. Penurunan kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai optimum dimungkinkan karena terjadi pelepasan kembali ikatan antara sisi aktif pada adsorben dengan ion Pb2+ (desorpsi) akibat semakin lamanya waktu kontak antara adsorben dan adsorbat karena adsorben telah jenuh oleh ion adsorbat. Pada penelitian ini, bobot optimum diambil hanya berdasarkan nilai kapasitas adsorpsi yang paling tinggi, namun nilai efisiensi adsorpsinya sendiri tidak dalam keadaan optimum. Hal ini karena dari hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa nilai kapasitas adsorpsi tidak berbanding lurus dengan efisiensi adsorpsi, kenaikan bobot adsorben meningkatkan efisiensi adsorpsi namun justru menurunkan nilai kapasitas adsorpsi. Hal ini karena kenaikan bobot adsorben pada waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat yang tetap menyebabkan peningkatan jumlah tapak aktif yang akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi juga lebih lama. Setelah melewati bobot optimum, kapasitas adsorpsi cenderung menurun karena pada bobot optimum, hampir seluruh permukaan adsorben telah terikat dengan adsorbat, sementara pada bobot di atas bobot optimum, masih banyak tapak aktif yang belum berikatan dengan adsorbat. Perbandingan Kinerja Adsorben Kinerja dari 3 jenis adsorben yang ditentukan kondisi optimumnya dievaluasi dengan cara membandingkan kemampuan adsorpsinya dengan adsorben komersial, yaitu arang aktif. Hasil penelitian pada Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi ion Pb2+ ketiga adsorben ini lebih besar daripada arang aktif komersial. Tabel 1 Perbandingan kinerja adsorben Waktu Bobot Qmax optimum optimum %E (mg/g) (gram) (menit) B 45 11.59 98.92 0.5 M 90 6.52 58.74 0.5 P 30 8.01 68.77 0.25 AA 90 2.72 24.52 1 B = ampas sagu teraktivasi asam M =ampas sagu teraktivasi asam-bentonit (75:25) P = ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25) AA = arang aktif Q = kapasitas adsorpsi (mg/g) %E = efisiensi adsorpsi (%) Adsorben
Adsorben ampas sagu teraktivasi asam (B) memiliki kapasitas dan efisiensi adsorpsi adsorpsi tertinggi. Hal ini kemungkinan
disebabkan proses aktivasi menggunakan H3PO4 yang selain berfungsi membersihkan pengotor-pengotor dan senyawa-senyawa lain selain polisakarida sehingga dapat meningkatkan porositas granular padatan adsorben. H3PO4 juga dapat mengaktifkan gugus hidroksi (-OH) polisakarida yang banyak terkandung di dalam ampas sagu. Gugus hidroksi ini bersifat polar (Melisya 2010). Adsorben campuran ampas sagu teraktivasi asam dengan kaolin dan bentonit memiliki kapasitas adsorpsi lebih kecil daripada ampas sagu yang tidak dicampur. Pada tahap seleksi, bentonit dan kaolin memang memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih rendah daripada ampas sagu teraktivasi asam (Lampiran 2). Karakteristik yang mempengaruhi proses adsorpsi antara lain ukuran adsorbat dan ukuran pori-pori adsorben. Semakin besar ukuran pori-pori adsorben, maka adsorbat akan semakin mudah terjerap (Suzuki 1990). Ukuran jari-jari atom Pb sangat kecil, yaitu 175 pm. Ukuran pori-pori adsorben yang digunakan lebih besar dari Pb. Ampas sagu memiliki ukuran pori yang sangat kecil atau ultramikropori karena ukuran diameter porinya kurang dari 0,7 nm (Aripin et al. 2010), namun ampas sagu mengandung banyak polisakakarida. Salah satunya adalah lignoselulosa. Lignoselulosa memiliki kapasitas penukar ion karena banyak terdapat sisi aktif untuk mengadsorpsi ion Pb2+. Permukaan lignoselulosa memiliki porositas yang cukup tinggi. Selain itu, adsorpsi ion Pb2+ pada lignoselulosa tidak bergantung pada ukuran partikelnya (Rowell 2006). Kaolin memiliki pori-pori dengan diameter berkisar antara 40 - 100 nm (Nandi et al. 2009). Bentonit memiliki 3 jenis ukuran poripori berdasarkan diameternya, yaitu mikropori (diameter di bawah 2 nm), mesopori (diameter 2 – 50 nm), dan makropori (diameter di atas 50 nm) (Onal et al. 2002). Dilihat dari nilai kapasitas adsorpsi bentonit yang lebih kecil daripada kaolin, kemungkinan ukuran poripori bentonit untuk mengadsorpsi ion Pb2+ lebih kecil daripada kaolin. Pada adsorpsi ion Pb2+ dengan bentonit, kemungkinan lain penyebab kecilnya nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsinya pada proses aktivasi dengan H2SO4 selama 6 jam pada suhu 90-100°C tidak cocok untuk struktur bentonit. Kemungkinan ada sebagian ikatan antara alumina dan silika yang putus sehingga sisi aktif untuk mengadsorpsi Pb2+ berkurang. Hal ini dikarenakan sifat ikatan
11
antar lapisannya yang lemah. Pada kaolin, ikatan strukturnya lebih kuat sehingga tidak mudah putus (Supeno 2007). Maka nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi kaolin pun lebih tinggi daripada bentonit. Bentonit dan kaolin pada penelitian sebelumnya terbukti dapat mengadsorpsi senyawa-senyawa polutan organik persisten seperti heksakloroetana (Darma 2010) dan pemucat zat warna dengan efisiensi dan kapasitas adsorpsi yang bagus. ion logam berat memiliki sifat yang berbeda dengan senyawa-senyawa tersebut sehinga kemampuan adsorpsinya pada bentonit dan kaolin pun berbeda. Adsorben arang aktif komersil justru memiliki nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi yang paling kecil dibandingkan ketiga adsorben yang lain. Hal ini kemungkinan diakibatkan arang aktif kurang cocok sebagai adsorben logam berat karena berdasarkan fungsinya, arang aktif terbagi menjadi 2 jenis, yaitu sebagai pemucat warna dan penyerap uap (Sembiring & Sinaga 2003). Selain itu, permukaan arang aktif bersifat nonpolar sehingga kurang efektif untuk mengadsorpsi Pb2+. Berdasarkan bentuknya pula, arang aktif terbagi menjadi 2 jenis, yaitu serbuk (powder activated carbon) dan granul (granular activated carbon). Ukuran partikel arang aktif serbuk berkisar antara 15 – 25 pm (Suzuki 1990), sedangkan arang aktif granul berdiameter antara 10 - 200Ǻ Arang aktif yang digunakan pada penelitian ini kemungkinan adalah jenis powder activated carbon karena ukuran partikelnya lebih kecil, maka ukuran pori-porinya pun semakin kecil. Ukuran pori-pori yang kecil menyebabkan proses adsorpsi menjadi tidak optimum sehingga nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsinya pun rendah. Adsorben campuran M dan P memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih besar dari arang aktif, namun pada adsorben M, waktu optimumnya sama dengan arang aktif yaitu 90 menit. Berdasarkan data tersebut, kemungkinan besar adsorben yang akan digunakan di industri adalah adsorben B dan P karena waktu dan bobot yang digunakan lebih sedikit namun kapasitas adsorpsinya lebih besar sehingga dapat meningkatkan efisiensi produksi, maka adsorben yang diukur tipe isotermnya hanya 2, yaitu ampas sagu teraktivasi asam (B) dan ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) (P).
Isoterm Adsorpsi Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mengetahui proses terbentuknya lapisan adsorbat pada permukaan adsorben apakah monolayer atau multilayer. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dibuat dengan cara menghubungkan c/(x/m) terhadap c, sedangkan isoterm adsorpsi Freundlich dibuat dengan menghubungkan log x/m terhadap log c.
Gambar 15 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb2+ oleh ampas sagu teraktivasi asam.
Gambar 16 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb2+ oleh ampas sagu teraktivasi asam.
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb2+ oleh ampas sagu teraktivasi asamkaolin teraktivasi asam (75:25).
12
Berdasarkan teori isoterm Langmuir, terdapat sejumlah tertentu sisi aktif adsorben yang membentuk ikatan kovalen atau ion. Pada adsorpsi ion Pb2+ dengan ampas sagu, kemungkinan terjadi proses pertukaran ion dengan gugus –OH dari polisakarida pada ampas sagu. Mekanisme pertukaran ionnya diperkirakan sebagai berikut,
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb2+ oleh ampas sagu teraktivasi asamkaolin teraktivasi asam (75:25). Berdasarkan kurva diatas, isoterm adsorpsi Pb2+ dengan ampas sagu teraktivasi asam mengikuti tipe isoterm Langmuir karena memiliki linearitas 99.90% (Gambar 15) dengan nilai α dan β masing-masing adalah 77.5194 dan 0.0393 (Lampiran 11). Adsorpsi ion Pb2+ dengan campuran adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) juga mengikuti tipe isoterm Langmuir karena memiliki linearitas sebesar 99.5% (Gambar 17) dengan nilai α dan β masingmasing adalah 6.0241 dan -0.2049 (Lampiran 11). Berdasarkan asumsi yang diambil dari tipe isoterm Langmuir, maka situs aktif pada permukaan adsorben ampas sagu teraktivasi asam dan campuran ampas sagu teraktivasi asam-bentonit (75:25) bersifat homogen dan lapisan adsorbat yang terbentuk pada permukaan adsorben adalah monolayer. Pada tipe isoterm Langmuir, nilai α menggambarkan jumlah yang dijerap atau kapasitas adsorpsi untuk membentuk lapisan sempurna pada permukaan adsorben. Nilai β merupakan konstanta yang bertambah dengan kenaikan ukuran molekuler yang menunjukkan kekuatan ikatan molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Ion Positif Adsorbat Ion Positif
Permukaan Adsorben Negatif
Gambar 19 Adsorpsi ion positif pada permukaan adsorben (Gunton 2004)
M2+ adalah ion logam Pb2+, -OH adalah gugus hidroksil polisakarida dan Y adalah matriks tempat gugus -OH terikat. Interaksi antara gugus -OH dengan ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom oksigen (O) pada gugus -OH mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks. Ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif pada zat organik dengan ion logam berat berdasarkan teori interaksi asam-basa Lewis yang menghasilkan senyawa kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem adsorpsi larutan ion logam, kemungkinan interaksi yang terjadi adalah, [GH] + Mz+→[GM(z-1)]+ + H+ 2[GH] + Mz+→[G2M(z-2)]+ + 2H+ dimana GH adalah gugus fungsional yang terdapat pada zat organik, dan M adalah ion bervalensi z (Amri et al. 2004). Pada adsorben ampas sagu teraktivasi asam, gugus –OH yang terdapat pada adsorben lebih banyak sehingga lebih banyak mengadsorpsi Pb2+, karena itulah nilai kapasitas adsorpsinya lebih tinggi daripada saat dicampur dengan kaolin yang diaktivasi asam, namun kaolin tetap dapat mengadsorpsi Pb2+ karena Pb2+ diikat oleh Si pada kaolin, kemungkinan proses adsorpsinya adalah 2SiO- + Pb2+→(Si-O)2 – Pb 2Si-OH + Pb2+→(Si-O)2 – Pb + 2H+ (Omar 2007). Mekanisme adsorpsi Pb2+ belum dapat ditentukan apakah secara fisisorpsi atau kimisorpsi karena harus ada data pendukung yaitu menentukan termodinamika dan kinetika pada proses adsorpsi yang terjadi, sedangkan pada penelitian ini, kedua hal tersebut tidak dilakukan.
13
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Adsorben ampas sagu teraktivasi asam dan campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) merupakan adsorben yang memiliki kapasitas adsorpsi tertinggi dalam mengadsorpsi ion Pb2+. Kedua adsorben ini diperoleh dari 16 variasi adsorben ampas sagu teraktivasi asam, ampas sagu teraktivasi basa, kaolin, bentonit, dan campurannya. Adsorben ampas sagu teraktivasi asam dan campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) terbukti dapat digunakan sebagai adsorben Pb2+. Kondisi optimum adsorpsi ion Pb2+ dengan ampas sagu teraktivasi asam dicapai pada waktu 45 menit dan bobot optimum 0.5 gram. Kondisi optimum adsorpsi ion Pb2+ dengan campuran ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) dicapai pada waktu 30 menit dan bobot optimum 0.25 gram.Tipe isoterm adsorpsi Pb2+ pada kedua adsorben tersebut adalah tipe isoterm Langmuir. Saran Penentuan waktu dan bobot optimum pada penelitian ini hanya diambil berdasarkan nilai kapasitas adsorpsi yang paling tinggi, namun efisiensi adsorpsinya tidak optimum, sehingga bila ingin melihat pengaruh keduanya, disarankan untuk mengambil keadaan optimum pada persilangan kurva antara nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi. Penelitian ini dilakukan menggunakan larutan tunggal. Penelitian selanjutnya dapat diujicobakan untuk mengadsorpsi Pb2+ pada limbah campuran. Selain itu, dapat pula dilakukan penelitian lanjutan untuk mencari tipe mekanisme adsorpsi berupa fisisorpsi atau kimisorpsi.
DAFTAR PUSTAKA Adenil A, Aziz S, Bujang K, M. Hassan A. 2010. Bioconversion of sago residue into value added products. Biotechnology 9 : 2016-2021. Alemdaroglu T, Akkus G, Onal M, Sarikaya Y. 2003. Investigation of the surface acidity of a bentonite modifed by acid activation and thermal treatment. Turk J Chem 27:675-681.
Amri A, Supranto, Fahrurozi M. 2004. Kesetimbangan adsorpsi optional campuran biner Cd(II) dan Cr(III) dengan zeolit alam terimpregnasi 2merkaptobenzotiazol. Natur Indonesia 6: 111-117. Aripin H, Lestari L, Ismail D, Sabchevski S. 2010. Sago waste based activated carbon film as an electrode material for electric double layer capacitor. Materials Science Journal 4: 117-124. Atkins PW. 1999. Kimia Fisik Jilid 1. Irma I Kartohadiprojo, penerjemah; Rohhadyan T, Hadiyana K, editor. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry. Cahyani RD. 2010. Asetilasi selulosa ampas sagu dan aplikasinya sebagai fase diam kromatografi kolom. [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Darma MS. 2010. Adsorptivitas kaolin dan bentonit teraktivasi terhadap heksakloroetana. [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Dewi KSP. 2009. Kemampuan adsorpsi batu pasir yang dilapisi besi oksida (Fe2O3) untuk menurunkan kadar Pb dalam larutan. Bumi Lestari 9:254-262. Djoefrie HMHB. 1999. Pemberdayaan Tanaman Sagu sebagai Penghasil Bahan Pangan Alternatif dan Bahan Baku Agroindustri yang Potensial dalam Rangka Ketahanan Pangan Nasional [orasi ilmiah]. Bogor: Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Dudkin B, Loukhina IV, Isupov VP, Avvakumov EG. 2005. Mechanical activation of kaolinite in the presence of concentrated sulfuric acid. Russian Journal of Applied Chemistry 78:33-37. Gunton C. 2004. Adsorption : Should we care. Roach IC: 112-116. Inel O, Albayrak F, Askin A. 1997. Cu and Pb adsorption on some bentonitic clays. Turk J Chem 22:243–252. Kadirvelu K, Kavipriya M, Karthika C, Radhika M, Vennilamani N, Pattabhi S. 2003. Utilization of various agricultural wastes for activated carbon preparation
14
and application for the removal of dyes and metals ions from aqueous solutions. Biosource Technology 87:129-132. Maheswari P, Venilamani N, Madhavakrishnan S, Shabudeen S, Venckatesh R, Pattabhi S. 2008. Utilization of sago waste as an adsorbent for the removal of Cu(II) ion from aqueous solution. Chemistry 5:233-242. Mako E. Senkar Z . Kristof J. Vagvolgyi V. 2006. Surface modification of mechanochemically activated kaolinites by selective leaching. Colloid and Interface Science 294:326-370. Melisya N. 2010. Adsorpsi asam lemak bebas minyak goreng bekas menggunakan limbah padat tapioka. [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Nandi BK, Goswami A, Purkait MK. 2009. Adsorption characteristics of brilliant green dye on kaolin. Hazardous Materials 16: 387–395. Omar W, Hossam A. 2007. Removal of Pb+2 ions from aqueous solutions by adsorption on kaolinite clay. Applied Sciences 4: 50250. Onal M, Sarikaya Y Alemdaroglu T. 2002. The Effect of acid activation on some physicochemical properties of a bentonite. Turk J Chem 26: 409-416. Quek SY.Wase DAJ. Forster CF. 1998. The use of sago waste for thes of lead and copper. Water SA 24:251-256. Rowell RM. 2006. Removal of metal ions from contaminated water using agricultural residues. Di Dalam: International Conference on Environmentally-Compatible Forest Products; Fernando Pessoa University Portugal, 20-22 September 2006. Sembiring MT, Sinaga TS. 2003. Arang aktif (pengenalan dan proses pembuatannya). [makalah]. Medan: Universitas Sumatera Utara. Sembiring Z, Suharso, Regina, Marta F, Murniyarti 2008. Studi proses adsorpsidesorpsi ion logam Pb(II), Cu(II), dan Cd(II) terhadap pengaruh waktu dan
konsentrasi pada biomassa nannochloropsis sp. yang terenkapsulasi aqua-gel silika dengan metode kontinyu. Di Dalam: Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi; Universitas Lampung, 17-18 November 2008. Silitonga M. 2008.Pemanfaatan limbah bahan berbahaya dan beracun PT. Pertamina UP IV Cilacap Jawa Tengah sebagai bata tahan api (Teknik Solidifikasi) [skripsi]. Yogyakarta: Universitas Islam Indonesia. Suarya P. 2008. Adsorpsi pengotor minyak daun cengkeh oleh lempung teraktivasi asam. Jurnal Kimia 2:19-24. Sulistyawati S. 2008. Modifikasi tongkol jagung sebagai adsorben logam Pb [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Supeno M. 2007. Bentonit alam terpilar sebagai material katalis/Co-katalis pembuatan gas hidrogen dan oksigen dari air [disertasi]. Medan:Program Pascasarjana, Universitas Sumatera Utara. Suzuki M. 1990. Adsorption Engineering. Tokyo : Kodansha. Tampoebolon BIM. 2009. Kajian perbedaan aras dan lama pemeraman fermentasi ampas sagu dengan Aspergillus niger terhadap kandungan protein kasar dan serat kasar. Di Dalam: Seminar Nasional Kebangkitan Peternakan; Semarang, 20 Mei 2009. Zhi-Rong L, Shao-Qi Z. 2010. Adsorption of copper and nickel on Na-bentonite. Process Safety and Environmental Protection 88:62-66.
LAMPIRAN
16
Lampiran 1 Diagram alir penelitian Ampas sagu, kaolin, dan bentonit dicuci dengan akuades
Ampas sagu, kaolin, dan bentonit dikeringkan
Kaolin dan bentonit diaktivasi dengan H2SO4 30 % pada suhu 90 – 100 °C selama 6 jam
Ampas Sagu aktivasi asam dicampurkan dengan kaolin aktivasi asam dengan nisbah (25:75), (50:50), (75:25), dan (100:0)
Ampas sagu diaktivasi dengan H3PO4 30 % selama 6 jam
Ampas Sagu aktivasi asam dicampurkan dengan bentonit aktivasi asam dengan nisbah (25:75), (50:50), (75:25), dan (100: 0)
Ampas Sagu aktivasi basa dicampurkan dengan kaolin aktivasi asam dengan nisbah (25:75), (50:50), (75:25), dan (100:0)
Seleksi Adsorben
Penentuan waktu dan bobot optimum
Penentuan isoterm adsorpsi ion Pb2+
Ampas sagu diaktivasi dengan NaOH 0.1 N selama 6 jam
Ampas Sagu aktivasi basa dicampurkan dengan bentonit aktivasi asam dengan nisbah (25:75), (50:50), (75:25), dan (100:0)
17
Lampiran 2 Seleksi adsorben Tabel deret standar (λ 217 nm) pada seleksi adsorben [Pb2+] (mg/L) 2 4 6 8 10 20 25
Absorbans 0.0453 0.1077 0.1792 0.2422 0.2929 0.5567 0.6679
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada seleksi adsorben
18
Tabel nilai kapasitas dan efisiensi masing-masing adsorben pada seleksi adsorben Adsorben Ampas sagu teraktivasi basa Ampas sagu teraktivasi asam Bentonit teraktivasi asam Kaolin teraktivasi asam Ampas sagu aktivasi basa-bentonit aktivasi asam (25:75) Ampas sagu aktivasi basa-bentonit aktivasi asam (50:50) Ampas sagu aktivasi basa-bentonit aktivasi asam (75:25) Ampas sagu aktivasi basa-kaolin aktivasi asam (25:75) Ampas sagu aktivasi basa-kaolin aktivasi asam (50:50) Ampas sagu aktivasi basa-kaolin aktivasi asam (75:25) Ampas sagu aktivasi asam-bentonit aktivasi asam (25:75) Ampas sagu aktivasi asam-bentonit aktivasi asam (50:50) Ampas sagu aktivasi asam-bentonit aktivasi asam (75:25) Ampas sagu aktivasi asam-kaolin aktivasi asam (25:75) Ampas sagu aktivasi asam-kaolin aktivasi asam (50:50) Ampas sagu aktivasi asam-kaolin aktivasi asam (75:25) Larutan kontrol Pb2+ (Co) (sebelum ditambahkan adsorben)
Kode adsorben A B C D E F G H I J K L M N O P
Bobot adsorben (g) 0.4093 0.4046 0.3998 0.4046 0.4062 0.4074 0.4020 0.4135 0.4004 0.4165 0.4054 0.4098 0.3996 0.4228 0.4050 0.4000
Absorbans 0.0141 0.0175 0.4164 0.3142 0.1521 0.0526 0.0382 0.1625 0.0984 0.0348 0.1255 0.0682 0.0228 0.0413 0.1130 0.0188 0.4491
Co (mg/L)
Ca (mg/L)
Co-Ca (mg/L)
Vol (mL)
%E
Q(mg/g)
16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885 16.8885
0.3483 0.4655 14.2207 10.6966 5.1069 1.6759 1.1793 5.4655 3.2552 1.0621 4.1897 2.2138 0.6483 1.2862 3.7586 0.5103
16.5402 16.4229 2.6678 6.1919 11.7816 15.2126 15.7092 11.4229 13.6333 15.8264 12.6988 14.6747 16.2402 15.6023 13.1298 16.3781
50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
99.07 98.29 7.45 30.72 67.64 90.30 93.58 65.27 79.87 94.35 73.70 86.75 97.08 92.87 76.54 98.00
2.04 2.05 0.16 0.64 1.41 1.87 1.97 1.33 1.68 1.91 1.54 1.79 2.05 1.85 1.60 2.07
19
Contoh perhitungan (adsorben A) : Persamaan garis pada kurva : 0.026x + 0.010 dengan R2 = 0.996 Co (mg/L) = absorbans Co – 0.010 0.026 Co (mg/L) = 0.4491 – 0.010 = 16.8885 mg/L 0.026 Ca (mg/L) = (0.0141 – 0.010) = 0.3483 mg/L 0.026 %E = (Co – Ca) x 100% Co %E = (16.8885 mg/L – 0.3483 mg/L) x 100% = 97.94% 16.8885 mg/L Q (mg/g) = (Co – Ca) V M Q (mg/g) = (16.8885 mg/L – 0.3483 mg/L) 0.05 L = 2.02 mg/g 0.4093 g Keterangan : Co = konsentrasi ion Pb2+ sebelum diadsorpsi Ca = konsentrasi ion Pb2+ setelah diadsorpsi V = volume larutan Pb2+ (L) %E = efisiensi adsorpsi Q = kapasitas adsorpsi M = massa adsorben (g)
20
Lampiran 3 Penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam (adsorben B) Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam [Pb2+] (mg/L) 2 4 6 8 10
Absorbans 0.0123 0.0235 0.0353 0.0497 0.0618
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam
21
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan waktu optimum ampas sagu teraktivasi asam Waktu (menit)
ulangan
15 30 45 60 90 120 2+
Kontrol Pb
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Bobot adsorben (gram) 0.5002 0.5021 0.5057 0.5016 0.5006 0.5021 0.5122 0.5254 0.5205 0.5029 0.5206 0.5011
Absorbans 0.0142 0.0167 0.0095 0.0076 0.0068 0.0064 0.0067 0.0052 0.0045 0.0040 0.0035 0.0044 0.7106
Co (mg/L) 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000 118.6000
Ca (mg/L) 2.5333 2.9500 1.7500 1.4333 1.3000 1.2333 1.2833 1.0333 0.9167 0.8333 0.7500 0.9000
Co-Ca (mg/L) 116.0667 115.6500 116.8500 117.1667 117.3000 117.3667 117.3167 117.5667 117.6833 117.7667 117.8500 117.7000
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 97.86 97.51 98.52 98.79 98.90 98.96 98.92 99.13 99.23 99.30 99.37 99.24
%E rerata 97.69 98.66 98.93 99.02 99.26 99.30
Q (mg/g) 11.60 11.52 11.55 11.68 11.72 11.69 11.45 11.19 11.30 11.71 11.32 11.74
Q rerata (mg/g) 11.56 11.62 11.70 11.32 11.51 11.53
22
Lampiran 4 Penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asambentonit teraktivasi asam (75:25) (adsorben M) Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam – bentonit teraktivasi asam (75:25) [Pb2+] (mg/L) 1 2 4 6 8 10
Absorbans 0.0408 0.0713 0.1393 0.2255 0.3082 0.3922
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam – bentonit teraktivasi asam (75:25)
23
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan waktu optimum ampas sagu teraktivasi asam – bentonit teraktivasi asam (75:25) (adsorben M) Waktu (menit) 15 30 45 60 90 120 Kontrol Pb2+
Ulangan 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Gram adsorben 0.5046 0.5046 0.5235 0.5241 0.5002 0.5002 0.5045 0.5045 0.5000 0.5006 0.5001 0.5006
0.1867 0.1991 0.1777 0.1710 0.1829 0.1758 0.1802 0.1795 0.1689 0.1744 0.1746 0.1728
Co° (mg/L) 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513 5.5513
0.2095
5.5513
Absorbans
Ca° (mg/L) 4.9667 5.2846 4.7359 4.5641 4.8692 4.6872 4.8000 4.7821 4.5103 4.6513 4.6564 4.6103
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Co© (mg/L) 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256 111.0256
20
111.0256
P
Ca© (mg/L) 49.6667 52.8462 47.3590 45.6410 48.6923 46.8718 48.0000 47.8205 45.1026 46.5128 46.5641 46.1026
Co©-Ca© (mg/L) 61.3590 58.1795 63.6667 65.3846 62.3333 64.1538 63.0256 63.2051 65.9231 64.5128 64.4615 64.9231
Keterangan : P = pengenceran Co° = konsentrasi awal Pb2+ sebelum diadsorpsi sebelum dikalikan pengenceran (mg/L) Ca° = konsentrasi akhir Pb2+ sesudah diadsorpsi sebelum dikalikan pengenceran (mg/L) Co© = konsentrasi awal Pb2+ sebelum diadsorpsi sesudah dikalikan pengenceran (mg/L) Ca© = konsentrasi akhir Pb2+ sesudah diadsorpsi sesudah dikalikan pengenceran (mg/L)
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 55.27 52.40 57.34 58.89 56.14 57.78 56.77 56.93 59.38 58.11 58.06 58.48
%E rerata 53.83 58.12 56.96 56.85 58.74 58.27
Q (mg/g) 6.08 5.76 6.08 6.24 6.23 6.41 6.25 6.26 6.59 6.44 6.44 6.48
Qrerata (mg/g) 5,92 6,16 6,32 6,26 6,52 6,46
24
Lampiran 5 Penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asamkaolin teraktivasi asam (75:25) (adsorben P) Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam – kaolin teraktivasi asam (75:25) [Pb2+] (mg/L) 1 2 4 6 10
Absorbans 0.0188 0.0438 0.0864 0.1458 0.2432
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam – kaolin teraktivasi asam (75:25)
25
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan waktu optimum ampas sagu teraktivasi asam – kaolin teraktivasi asam (75:25) (adsorben P) Waktu (menit)
Ulangan
15 30 45 60 90 120 Kontrol Pb
2+
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Gram adsorben 0.5000 0.5000 0.5012 0.5014 0.5000 0.5000 0.5019 0.5018 0.5013 0.5014 0.5006 0.5006
Absorbans 0.0990 0.0862 0.0727 0.0957 0.1026 0.1060 0.0898 0.0904 0.0929 0.0879 0.0839 0.0892 0.1416
Co° (mg/L) 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440 5.9440
Ca° (mg/L) 4.2400 3.7280 3.1880 4.1080 4.3840 4.5200 3.8720 3.8960 3.9960 3.7960 3.6360 3.8480
P 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 20
Co© (mg/L) 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800 118.8800
Ca© (mg/L) 42.4000 37.2800 31.8800 41.0800 43.8400 45.2000 38.7200 38.9600 39.9600 37.9600 36.3600 38.4800
Keterangan : P = pengenceran Co° = konsentrasi awal Pb2+ sebelum diadsorpsi sebelum dikalikan pengenceran (mg/L) Ca° = konsentrasi akhir Pb2+ sesudah diadsorpsi sebelum dikalikan pengenceran (mg/L) Co© = konsentrasi awal Pb2+ sebelum diadsorpsi sesudah dikalikan pengenceran (mg/L) Ca© = konsentrasi akhir Pb2+ sesudah diadsorpsi sesudah dikalikan pengenceran (mg/L)
Co©-Ca© (mg/L) 76.4800 81.6000 87.0000 77.8000 75.0400 73.6800 80.1600 79.9200 78.9200 80.9200 82.5200 80.4000
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 64.33 68.64 73.18 65.44 63.12 61.98 67.43 67.23 66.39 68.07 69.41 67.63
%E rerata 66.49 69.31 62.55 67.33 67.23 68.52
Q (mg/g) 7.65 8.16 8.68 7.76 7.50 7.37 7.99 7.96 7.87 8.07 8.24 8.03
Qrerata (mg/g) 7.90 8.22 7.44 7.97 7.97 8.14
26
Lampiran 6 Penentuan waktu optimum adsorben arang aktif Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben arang aktif [Pb2+] (mg/L) 2 4 6 8 10 15 20 25 30 35
Absorbans 0.0106 0.0415 0.0768 0.1080 0.1316 0.1930 0.2519 0.3058 0.3627 0.4137
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan waktu optimum adsorben arang aktif
27
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan waktu optimum adsorben arang aktif Waktu (menit)
Ulangan
15 30 45 60 90 120 Kontrol Pb
2+
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Gram adsorben 0.5130 0.5234 0.5006 0.5200 0.5442 0.5036 0.5024 0.5053 0.5524 0.5001 0.5056 0.5134
Absorbans 1.2036 1.2150 1.1749 1.1496 1.1102 1.1412 1.1021 1.1054 1.0456 1.0748 1.0850 1.0856 1.4039
Co (mg/L) 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250 116.8250
Ca (mg/L) 100.1333 101.0833 97.7417 95.6333 92.3500 94.9333 91.6750 91.9500 86.9667 89.4000 90.2500 90.3000
Co-Ca (mg/L) 16.6917 15.7417 19.0833 21.1917 24.4750 21.8917 25.1500 24.8750 29.8583 27.4250 26.5750 26.5250
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 14.29 13.47 16.33 18.14 20.95 18.74 21.53 21.29 25.56 23.48 22.75 22.70
%E rerata 13.88 17.24 19.84 21.41 24.52 22.73
Q (mg/g) 1.63 1.50 1.91 2.04 2.25 2.17 2.50 2.46 2.70 2.74 2.63 2.58
Q rerata (mg/g) 1.57 1.97 2.21 2.48 2.72 2.61
28
Lampiran 7 Penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam [Pb2+] (mg/L) 2 4 6 8 10
Absorbans 0.0530 0.1032 0.1521 0.1979 0.2455
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam
29
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan bobot optimum ampas sagu teraktivasi asam Bobot adsorben (gram) 0,25 0,5 1 2 Kontrol Pb2+
Ulangan 1 2 1 2 1 2 1 2
Gram adsorben 0.2516 0.2530 0.5097 0.5097 1.0007 1.0008 2.0140 2.0139
Absorbans 1.1369 1.1453 0.5345 0.5349 0.1535 0.1619 0.0829 0.0841 1.5991
Co (mg/L) 66.3792 66.3792 66.3792 66.3792 66.3792 66.3792 66.3792 66.3792 66.3792
Ca (mg/L) 47.1208 47.4708 22.0208 22.0375 6.1458 6.4958 3.2042 3.2542
Co-Ca (mg/L) 19.25833 18.90833 44.35833 44.34167 60.23333 59.88333 63.1750 63.1250
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 29.01 28.49 66.83 66.80 90.74 90.21 95.17 95.10
%E rerata 28.75 66.81 90.48 95.14
Q (mg/g) 3,83 3,74 4,35 4,35 3,01 2,99 1,57 1,57
Q rerata (mg/g) 3,78 4,35 3,00 1,57
30
Lampiran 8 Penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam – bentonit teraktivasi asam (75:25) Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam – bentonit teraktivasi asam (75:25) [Pb2+] (mg/L) 1 2 4 6 8
Absorbans 0.0460 0.0972 0.1977 0.2936 0.3776
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (75:25)
31
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan bobot optimum ampas sagu teraktivasi asam-bentonit teraktivasi asam (75:25) Bobot (gram) 0,25 0,5 1 2 Kontrol Pb2+
Ulangan
Gram Adsorben
Absorbans
1 2 1 2 1 2 1 2
0.2505 0.2508 0.5000 0.5000 1.0000 1.0006 2.0092 2.0093
0.1982 0.2146 0.0984 0.0982 0.3304 0.3224 0.0966 0.0970 0.1508
Co° (mg/L)
Ca° (mg/L)
P
Co© (mg/L)
Ca© (mg/L)
Co©-Ca© (mg/L)
Vol (mL)
%E
3.1660 3.1660 3.1660 3.1660 3.1660 3.1660 3.1660 3.1660 3.1660
4.1745 4.5234 2.0511 2.0468 6.9872 6.8170 2.0128 2.0213
10 10 10 10 1 1 1 1
63.3191 63.3191 63.3191 63.3191 63.3191 63.3191 63.3191 63.3191
41.7447 45.2340 20.5106 20.4681 6.9872 6.8170 2.0128 2.0213
21.5745 18.0851 42.8085 42.8511 56.3319 56.5021 61.3064 61.2979
50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
34.07 28.56 67.61 67.67 88.97 89.23 96.82 96.81
20
63.3191
%E rerata 31.32 67.64 89.10 96.81
Q (mg/g) 4.31 3.61 4.28 4.29 2.82 2.82 1.53 1.53
Q rerata (mg/g) 3.96 4.28 2.82 1.53
32
Lampiran 9 Penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) [Pb2+] (mg/L) 1 2 4 6 8 10
Absorbans 0.0408 0.0713 0.1393 0.2255 0.3082 0.3922
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25)
33
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan bobot optimum ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) Bobot (gram) 0,25 0,5 1 2 Kontrol Pb2+
Ulangan
Gram adsorben
Absorbans
Co° (mg/L)
Ca° (mg/L)
P
Co© (mg/L)
Ca© (mg/L)
Co©-Ca© (mg/L)
1 2 1 2 1 2 1 2
0.2528 0.2531 0.5020 0.5020 1.0055 1.0052 2.0000 2.0000
0.1566 0.1482 0.0898 0.0731 0.2336 0.2186 0.0675 0.0614
3.3128 3.3128 3.3128 3.3128 3.3128 3.3128 3.3128 3.3128
4.1949 3.9795 2.4821 2.0538 6.1692 5.7846 1.9103 1.7538
10 10 10 10 1 1 1 1
66.25641 66.25641 66.25641 66.25641 66.25641 66.25641 66.25641 66.25641
41.9487 39.7949 24.8205 20.5385 7.2774 6.7935 1.9194 1.7226
24.3077 26.4615 41.4359 45.7179 58.9790 59.4629 64.3371 64.5338
0.1222
3.3128
20
66.25641
Keterangan : P = pengenceran Co° = konsentrasi awal Pb2+ sebelum diadsorpsi sebelum dikalikan pengenceran (mg/L) Ca° = konsentrasi akhir Pb2+ sesudah diadsorpsi sebelum dikalikan pengenceran (mg/L) Co© = konsentrasi awal Pb2+ sebelum diadsorpsi sesudah dikalikan pengenceran (mg/L) Ca© = konsentrasi akhir Pb2+ sesudah diadsorpsi sesudah dikalikan pengenceran (mg/L)
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 36.69 39.94 62.54 69.00 89.02 89.75 97.10 97.40
%E rerata 38.31 65.77 89.38 97.25
Q (mg/g) 4.81 5.23 4.13 4.55 2.93 2.96 1.61 1.61
Q rerata (mg/g) 5.02 4.34 2.95 1.61
34
Lampiran 10 Penentuan bobot optimum adsorben arang aktif Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben arang aktif [Pb2+] (mg/L) 2 4 6 8 10
Absorbans 0.0530 0.1032 0.1521 0.1979 0.2455
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan bobot optimum adsorben arang aktif
35
Tabel perhitungan efisiensi dan kapasitas adsorpsi pada penentuan bobot optimum adsorben arang aktif Bobot (gram) 0,25 0,5 1 2 2+
Kontrol Pb
Gram adsorben 0.2516 0.2515 0.5022 0.5020 1.0006 1.0008 2.0012 2.0013
Absorbans 1.4853 1.5198 1.3505 1.3435 0.4753 0.3851 0.0393 0.0621 1.5445
Co (mg/L) 64.1042 64.1042 64.1042 64.1042 64.1042 64.1042 64.1042 64.1042 64.1042
Ca (mg/L) 61.6375 63.0750 56.0208 55.7292 19.5542 15.7958 1.3875 2.3375
Co-Ca (mg/L) 2.4667 1.0292 8.0833 8.3750 44.5500 48.3083 62.7167 61.7667
Vol (mL) 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00
%E 3.85 1.61 12.61 13.06 69.50 75.36 97.84 96.35
%E rerata 2.73 12.84 72.43 97.09
Q (mg/g) 0.49 0.21 0.80 0.83 2.23 2.41 1.57 1.54
Q rerata (mg/g) 0.35 0.80 2.32 1.56
36
Lampiran 11 Penentuan isoterm Freundlich dan Langmuir pada adsorpsi Pb2+ dengan adsorben ampas sagu teraktivasi asam (adsorben B) dan ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (adsorben P) Tabel deret standar (λ 217 nm) pada penentuan isoterm adsorpsi [Pb2+] (mg/L) 1 2 8 10
Absorbans 0.0500 0.0865 0.3621 0.4368
Gambar kurva standar (λ 217 nm) pada penentuan isoterm adsorpsi
37
Tabel penentuan isoterm adsorpsi Pb2+ oleh adsorben ampas sagu teraktivasi asam gram adsorben (m)
Absorbansi [Pb2+] awal
0.5013 0.5006 0.5000 0.5015 0.5012
0.1024 0.1494 0.1996 0.2694 0.3380
P1
[Pb2+] awal x P1 (mg/l)
Absorbansi [Pb2+] akhir
20 20 20 20 20
46.2326 68.0930 91.4419 123.9070 155.8140
0.1876 0.0399 0.0853 0.2178 0.3521
Langmuir
Freundlich
P2
[Pb2+] akhir x P2 (mg/L) (C)
x (mg)
x/m (mg/g)
C/(x/m) (g/L)
log x/m
log C
1 10 10 10 10
4.2930 8.5814 19.1395 49.9535 81.1860
2.0970 2.9756 3.6151 3.6977 3.7314
4.1831 5.9440 7.2302 7.3732 7.4449
1.0263 1.4437 2.6472 6.7750 10.9049
0.6215 0.7741 0.8592 0.8677 0.8719
0.6328 0.9336 1.2819 1.6986 1.9095
Tabel 23 Penentuan isoterm untuk adsorpsi Pb2+ oleh adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin teraktivasi asam (75:25) gram adsorben (m)
Absorbansi [Pb2+] awal
0.2528 0.2528 0.2518 0.2527 0.2631
0.1024 0.1494 0.1996 0.2694 0.3380
P1
[Pb2+] awal x P1 (mg/l)
Absorbans [Pb2+] akhir
20 20 20 20 20
46.2326 68.0930 91.4419 123.9070 155.8140
0.5914 0.1103 0.2430 0.3998 0.5320
Langmuir
Freundlich
P2
[Pb2+] akhir x P2 (mg/L) (C)
x (mg)
x/m (mg/g)
C/(x/m) (g/L)
log x/m
log C
1 10 10 10 10
13.6837 24.9535 55.8140 92.2791 123.0233
1.6274 2.1570 1.7814 1.5814 1.6395
6.4377 8.5323 7.0746 6.2580 6.2316
2.1256 2.9246 7.8893 14.7458 19.7418
0.809 0.931 0.850 0.796 0.795
1.136 1.397 1.747 1.965 2.090
38
Keterangan : P1 = faktor pengenceran larutan Pb2+ sebelum diadsorpsi P2 = faktor pengenceran larutan Pb2+ setelah diadsorpsi C = konsentrasi larutan Pb2+ setelah diadsorpsi (mg/L) x = jumlah adsorbat yang teradsorpsi (mg) x/m = jumlah adsorbat yang teradsorpsi (mg) / bobot adsorben (gram) Contoh perhitungan : Nilai x = Cteradsorpsi (mg/L) x Volume larutan (L) x
1g 1000 mg
Isoterm adsorpsi adsorben ampas sagu teraktivasi asam •
Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 0.0129x + 0.328 dengan R2 = 99.9% maka dari persamaan
C x/m
=
1
αβ
+
1
α
C,
diperoleh nilai
α = 77.5194 dan β = 0.0393 •
Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 0.178x + 0.568 dengan R2 = 77.3% maka dari persamaan log
x m
= log k +
1 n
log C, diperoleh
nilai n = 5.6180 dan k = 3.6983 Isoterm adsorpsi adsorben ampas sagu teraktivasi asam-kaolin (75:25) •
Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 0.166x + 0.810 dengan R2 = 99.5% maka dari persamaan
C x/m
=
1
αβ
+
1
α
C,
diperoleh nilai α =
6.0241 dan β = -0.2049 •
Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = -0.062x + 0.940 dengan R2 = 18.6% maka dari persamaan log nilai n = -16.1290 dan k = 8.7096
x m
= log k +
1 n
log C, diperoleh
