BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Studi kinetika adsorpsi merupakan salah satu hal yang sangat penting dalam dunia industri selain kondisi kesetimbangan (isoterm adsorpsi) dari proses adsorpsi. Kinetika menggambarkan laju adsorpsi adsorbat oleh adsorben yang selanjutnya mengontrol waktu adsorpsi adsorbat di permukaan adsorben. Kinetika adsorpsi memiliki peranan yang penting dalam menentukan laju adsorpsi polutan dari larutan untuk mendesain proses adsorpsi diindustri. Kinetika adsorpsi juga digunakan untuk mengetahui jalur reaksi dan mekanisme adsorpsi yang terjadi. Kinetika adsorpsi yang dibuat pertama kali adalah persamaan kinetika adsorpsi orde satu semu oleh Lagergren. Persamaan kinetika adsorpsi tersebut disusun berdasarkan kapasitas adsorpsi adsorbat terhadap adsorben dan dengan mengasumsikan bahwa konsentrasi adsorbat berlebih dibandingkan situs aktif yang tersedia pada permukaan adsorben (Ho, 2006). Ahli lain yang juga mengembangkan persamaan kinetika adsorpsi yang didasarkan pada kapasitas adsorpsi adalah Ho sehingga persamaannya disebut persamaan kinetika adsorpsi orde dua semu Ho (Ho, 2006). Model lain yang dikembangkan untuk menjelaskan kinetika adsorpsi antara lain kinetika orde satu kesetimbangan Santosa (Santosa et al., 2007), kinetika orde satu LangmuirHinshelwod yang dikembangkan oleh Jin et al. (Jin et al., 1996) dan kinetika orde satu reversibel Pandey (Pandey et al., 2010). Ketiga persamaan ini didasarkan pada konsentrasi larutan (konsentrasi adsorbat). Adsorpsi merupakan metode rekoveri yang digunakan untuk pencegahan terhadap semakin meluasnya bahaya pencemaran logam berat di lingkungan. Hal ini disebabkan metode tersebut efektif dan efisien dari segi proses, kapasitas hasil serapan dan biaya serta adsorbennya dapat diregenerasi ulang dibandingkan metode lainnya seperti koagulasi, flokulasi dan pemisahan secara elektrokimia (Verma dan Mishra, 2010).
1
2
Karbon aktif adalah salah satu jenis adsorben yang digunakan dan banyak dikembangkan untuk adsorpsi logam berat dikarenakan memiliki kapasitas adsorpsi yang besar dan dapat diregenerasi ulang (Zawani et al., 2009). Besarnya kapasitas adsorpsi ini disebabkan karbon aktif memiliki luas permukaan besar, porisitas tinggi dan gugus-gugus fungsi misal hidroksil, karboksil dan karbonil pada permukaannya (Devi et al., 2012; Wahi et al., 2009). Karbon aktif dapat dipreparasi dari berbagai bahan dasar, diantaranya dari tempurung kelapa (Falah dan Triyono, 2010; Rahman et al., 2006), tempurung biji kelapa sawit (Abechi et al., 2011; Zawani et al., 2009), kayu (Bhadusha dan Ananthabaskaran, 2011) dan bahan lain yang mengandung lignoselulosa (Kouotou et al., 2013; Sugumaran et al., 2012), seperti tandan kosong kelapa sawit. Tandan kosong kelapa sawit adalah salah satu hasil limbah padat industri kelapa sawit. Laju pertumbuhan perkebunan kelapa sawit di Indonesia terus mengalami peningkatan.
Peningkatan ini akan menyebabkan pula laju
peningkatan limbah tandan kosong kelapa sawit. Jika tidak dikelola dengan baik, limbah tersebut akan menimbulkan pencemaran bagi lingkungan. Pengolahan atau pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit oleh pabrik kelapa sawit masih sangat terbatas yaitu dibakar dalam incinerator, ditimbun (open dumping), dijadikan mulsa di perkebunan kelapa sawit atau diolah menjadi kompos. Tandan kosong kelapa sawit sebenarnya bisa dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif disebabkan limbah tersebut mengandung lignoselulosa sebesar 55-65 % berat keringnya. Menurut Mohamed et al. (2010) dan Silvestre-Albero et al. (2012), material yang mengandung lignoselulosa dapat dijadikan bahan prekursor pembuatan karbon aktif. Hasil penelitian yang telah dilakukan dan dilaporkan tentang penggunaan karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit antara lain adsorpsi metilen biru. Karbon aktif tersebut diaktivasi secara kimia dengan menggunakan oksidator KOH di dalam microwave dan diiradiasi selama 15 menit. Kapasitas adsorpsi karbon aktif yang dihasilkan terhadap metilen biru sebesar 344,83 mg/g (Foo dan Hameed, 2011).
3
Kontaminasi Cr(VI) di lingkungan yang dihasilkan oleh limbah industri pelapisan krom, penyamakan kulit dan tekstil merupakan salah satu masalah yang dihadapi lingkungan hidup. Hal ini karena bersifat tidak dapat terbiodegradasi, toksik dan mampu mengalami bioakumulasi serta biotransformasi dalam rantai makanan yang menyebabkan dampak buruk bagi sistem metabolisme tubuh. Kontaminan ini dapat menyebabkan dermatitis alergika, iritasi kulit, kanker dan mutasi gen (Deng et al., 2009). Peringatan tentang bahaya yang ditimbulkan oleh Cr(VI) bila terdeposit dalam tubuh manusia memacu penelitian untuk merekoveri logam berat tersebut dengan memanfaatkan metode adsorpsi (Wanees et al., 2012; Devi et al., 2012; Satapathy et al., 2005). Hasil penelusuran literatur menunjukkan bahwa hingga hasil penelitian ini ditulis belum ditemukannya referensi dan hasil penelitian yang mengkaji tentang pemanfaatan karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit untuk adsorpsi Cr(VI). Berdasarkan hal tersebut pada penelitian ini dikaji adsorpsi Cr(VI) oleh karbon aktif dari bahan tersebut. Karbon aktif yang digunakan pada penelitian ini diaktivasi secara termal (fisika) dan diikuti dengan pencucian menggunakan larutan HCl. Adsorben yang diperoleh dikarakterisasi meliputi kadar air, kadar zat volatil, kadar abu, kadar karbon, daya adsorpsi terhadap iodin dan gugus-gugus fungsi pada permukaan adsorben. Parameter utama yang dikaji terhadap proses adsorpsi adalah kinetika adsorpsinya, pengaruh pH dan konsentrasi adsorbat. Pada penelitian ini juga dilakukan kajian teoritis kinetika adsorpsi-desorpsi yang didasarkan pada konsentrasi adsorbat dan konsentrasi (kapasitas adsorpsi maksimum) adsorben. Teori yang dikembangkan selanjutnya dibuktikan dengan adsorpsi-desorpsi Cr(VI) oleh karbon aktif yang dihasilkan.
1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : a. Mengembangkan model kinetika adsorpsi-desorpsi reversibel Cr(VI) oleh karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit.
4
b. Mempelajari karakter karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit meliputi kadar air, kadar abu, kadar karbon, daya adsorpsi terhadap iodin dan gugusgugus fungsi yang terdapat pada permukaannya. c. Mempelajari kemampuan adsorpsi Cr(VI) oleh karbon aktif hasil preparasi dari tandan kosong kelapa sawit.
1.3 Manfaat Penelitian Model kinetika adsorpsi-desorpsi yang diusulkan pada tulisan ini diharapkan dapat digunakan dalam proses adsorpsi-desorpsi secara luas. Selain dhasilkan teori baru, manfaat lainnya yang diharapkan dari penelitian ini adalah memberikan masukan data dalam skala laboratorium yang dapat digunakan lebih lanjut untuk mempelajari adsorpsi Cr(VI) oleh karbon aktif dari tandan kosong kelapa sawit. Karbon aktif tersebut diharapkan dapat diaplikasikan sebagai adsorben pengendali limbah cair terutama yang mengandung logam berat dalam skala industri.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Kinetika adsorpsi merupakan faktor penting dalam perancangan proses adsorpsi dalam dunia industri selain kapasitas adsorpsinya. Kinetika adsorpsi menyatakan adanya proses penyerapan suatu adsorbat oleh adsorben sebagai fungsi waktu. Jumlah zat yang terserap setiap berat adsorben tergantung konsentarsi adsorbat dan jumlah situs aktif kosong pada adsorben. Apabila energi ikat antara adsorbat dengan adsorben sangat kuat (ikatan kimia) maka proses akan berlangsung satu arah (adsorpsi) karena adsorbat yang telah terikat sangat sulit terdesorpsi. Apabila energi ikat antara adsorbat dengan adsorben lemah (ikatan fisika) maka proses akan berlangsung dua arah (adsorpsi dan desorpsi) karena adsorbat yang telah terikat akan mudah terdesorpsi. Bila laju adsorpsi dan desorpsi sama, maka akan terjadi kesetimbangan. Pada tahun 1898, Lagergren mengembangkan model kinetika adsorpsi untuk sistem cair-padat. Sampel yang digunakan adalah adsorpsi asam oksalat dan asam malonat pada arang aktif. Persamaan kinetika adsorpsi tersebut didasarkan pada kapasitas adsorpsi adsorben terhadap adsorbat dengan persamaannya sebagai berikut:
Oleh karena laju adsorpsi didasarkan pada jumlah adsorbat yang teradsorpsi oleh adsorben, maka model kinetika Lagergren disebut model kinetika adsorpsi orde satu semu. Model ini telah banyak diaplikasikan untuk adsorpsi polutan pada sistem larutan misalnya adsorpsi remazol black 5 oleh karbon aktif yang berasal dari tempurung kernel kelapa sawit (Zawani et al., 2009) dan adsorpsi kristal violet, direct orange dan magenta oleh abu sekam padi (Verma dan Mishra, 2010). Pada tahun 1995, Ho memperkenalkan model kinetika adsorpsi pada sistem fasa cair-padat yang disebut dengan model kinetika adsorpsi orde dua semu. Model ini didasarkan pada kapasitas adsorpsi adsorben terhadap adsorbat dan
5
