19
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Waktu Optimal yang Diperlukan untuk Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) pada berbagai waktu kontak disajikan pada Tabel 2, sedangkan data secara lengkap disajikan pada Lampiran 5. Tabel 2 Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi pada berbagai waktu kontak Konsentrasi Cr3+ Konsentrasi [Cr3+] Waktu Konsentrasi [Cr3+] Setimbang (ppm) Yang teradsorpsi kontak Sebelum Adsorpsi (ppm) (Jam) Berlangsung (ppm) 12 59,0592 23,7595 35,2997 24
59,0592
23,4053
35,6539
36
59,0592
22,6205
36,4387
48
59,0592
20,2308
38,8284
60
59,0592
19,6100
39,4492
72
59,0592
19,7238
39,3354
Dari Tabel 2 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) terhadap waktu kontak seperti disajikan pada
Yang 3+
Konsentrasi Cr
Teradsorpsi (ppm)
Gambar 7. 40 39,5 39 38,5 38 37,5 37 36,5 36 35,5 35 0
10
20
30
40
50
60
70
80
waktu kontak (Jam)
Gambar 7 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi terhadap berbagai waktu kontak.
20
Untuk data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) pada berbagai waktu kontak disajikan pada Tabel 3, sedangkan data secara lengkap disajikan pada Lampiran 5. Tabel 3 Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai waktu kontak Konsentrasi Cr3+ Waktu Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] kontak Setimbang (ppm) Yang teradsorpsi sebelum Adsorpsi (Jam) (ppm) Berlangsung (ppm) 12 59,0592 28,0552 31,004 24
59,0592
25,1872
33,872
36
59,0592
24,3378
34,7214
48
59,0592
22,8814
36,1778
60
59,0592
21,8466
37,2126
72
59,0592
22,2366
36,8226
Dari Tabel 3 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) terhadap waktu kontak seperti disajikan pada
40,00 35,00 30,00 25,00 (ppm)
Konsentrasi Cr 3+ Yang Teradsorpsi
Gambar 8.
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0
20
40
60
80
Waktu Kontak (Jam)
Gambar 8 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi terhadap berbagai waktu kontak.
21
Dari Gambar 7 dan 8 terlihat bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia berlangsung cepat pada awal reaksi yaitu pada waktu kontak 12 jam sebesar 35,2997 ppm (59,77%) dan berlangsung lebih lambat untuk waktu kontak berikutnya, yaitu hanya bertambah 0,6% yaitu menjadi 35,6539 ppm (60,37%) untuk waktu kontak 12 jam kemudian. Penambahan waktu kontak setiap 12 berikutnya penjerapan menjadi berturut-turut sebesar; 36,4387 ppm (61,70%); 38,8284 ppm (65,74%); 39,4492 ppm (66,79%) dan 39,3354 ppm (66,60%) pada waktu kontak 24, 36, 48, 60 dan 72 jam, untuk serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi. Untuk serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi, adsorpsi ion Cr3+ berturut-turut pada waktu kontak 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam adalah 31,004 ppm (52,50%); 33,872 ppm (57,35%); 34, 7214 ppm (58,79%); 36,1778 ppm (61,27%); 37,2126 ppm (63,01%) dan 36,8226 ppm (62,35%). Hal ini terjadi karena adsorpsi antara ion Cr3+ dan serbuk gergaji kayu albizia merupakan peristiwa kesetimbangan. Pada awal reaksi saat serbuk gergaji kayu albizia masih kosong adsorpsi yang terjadi akan cepat dan banyak karena masih kosongnya permukaan serbuk gergaji kayu albizia yang bisa digunakan untuk menjerap ion Cr3+ dan masih banyaknya ion Cr3+ dalam larutan. Setelah itu akan terjadi penataan ulang. Menurut teori asam-basa keras-lemah dari person, ion Cr3+ termasuk asam keras sehingga akan cenderung berinteraksi dengan gugus aktif yang bersifat basa keras seperti gugus hidroksil (-OH) membentuk interaksi ion-polar. Pada awal reaksi akan terjadi adsorpsi secara fisik dan kemudian diikuti oleh adsorpsi secara kimia. Karena ion Cr3+ bersifat asam keras maka ion Cr3+ akan berinteraksi dengan ion hidroksil (-OH) terlebih dahulu. Setelah itu baru berinteraksi dengan gugus fungsi yang lain, sehingga pada keadaan ini reaksi berjalan lambat. Dari Gambar 7 dan 8 juga terlihat bahwa waktu optimal yang diperlukan oleh serbuk gergaji kayu albizia untuk menjerap ion Cr3+ adalah 60 jam. Secara umum terlihat bahwa ion Cr3+ teradsorpsi lebih banyak pada serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi yaitu sebesar 39, 4492 ppm atau 66,79% dibandingkan dengan oleh serbuk gergaji kayu yang tidak teraktivasi dengan campuran etanoltoluena (1:1) yaitu sebesar 37,2126 ppm atau 63,01%. Hal ini terjadi karena pada serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-
22
toluena (1:1) masih banyak terdapat senyawa-senyawa seperti lapisan lilin dan lemak. Sedangkan pada serbuk gergaji kayu yang telah diaktivasi senyawasenyawa tersebut sudah berkurang, sehingga kontak antara adsorben dengan ion Cr3+ dapat berlangsung lebih efektif. Hilangnya minyak dan lilin menyebabkan interaksi gugus fungsi hidroksil dan karbonil dengan ion Cr3+ menjadi semakin efektif.
4.2. Karakteristik Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Untuk mengetahui karaktristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia dilakukan dengan mengamati jerapannya terhadap ion Cr3+ pada konsentrasi yang bervariasi dan pada suhu isoterm sekitar 30oC. Dari hasil penjerapan tersebut selanjutnya dianalisis menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dan isoterm adsorpsi Freundlich untuk mengetahui karakteristik jerapan dan juga daya adsorpsi maksimum.
4.2.1. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia sebelum Diaktivasi Data adsorpsi Ion Cr3+ oleh serbuk kayu albizia yang belum diaktivasi disajikan pada Tabel 4 dan data lengkap disajikan pada Lampiran 6. Tabel 4 Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai konsentrasi [Cr3+] [Cr3+] Log Log [Cr3+] Cr3+ c/(x/m) mulateradsor teradsor setimbang x/m x/m [Cr3+] psi (g) (ppm) stimbang mula psi (c) (ppm) (ppm) (x) 23,8503
21,5296
1,0765
2,3207
1,0765
0,0320
0,3656
2,1558
37,9153
23,6759
1,1838
14,2394
1,1838
0,0733
1,1535
12,0286
59,0592
26,208
1,3104
32,8512
1,3104
0,1174
1,5166
25,0696
75,2206
32,3209
1,6160
42,8997
1,6160
0,2085
1,6325
26,5461
108,7636
32,7686
1,6384
75,995
1,6384
0,2144
1,8808
46,3828
117,508
28,7706
1,4385
88,7374
1,4385
0,1579
1,9481
61,6862
23
Dari Tabel 4 dapat dilakukan uji pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich seperti terlihat pada Gambar 9 dan 10.
70 y = 0,6398x + 1,5685
60
R2 = 0,9831 c(x/m)
50 40 30 20 10 0 0
20
40 c (konsentrasi Cr
60 3+
80
100
Setimbang)
Gambar 9 Kurva linearitas Langmuir: hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi. Berdasarkan kurva linearitas Langmuir seperti pada Gambar 9, adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia memenuhi isoterm adsorpsi Langmuir, oleh karena itu maka, adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia terjadi pada lapisan monolayer. Hal ini ditujukkan oleh harga R2 pada isoterm adsorpsi Langmuir sebesar 0,9831. Namun, pola jerapan yang terjadi pada serbuk gergaji yang belum diaktivasi nampaknya belum memenuhi isoterm adsorpsi Freundlich dengan nilai R2 sebesar 0,7557, seperti terlihat pada Gambar 10. Hal ini disebabkan karena interaksi antara ion Cr3+ dengan serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi tersebut masih didominasi oleh salah satu interaksi yaitu fisik atau interaksi kimia saja. Hal yang sama diperoleh dari penelitian Setiawan (2004) bahwa pola adsorpsi zat warna kationik (methylene blue) oleh serbuk gergaji kayu yang belum diaktivasi (termodifikasi) mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir (R2= 0,904) namun pola adsorpsi tersebut tidak memenuhi pola isoterm adsorpsi Freundlich (R2= 0,817).
24
0,25 y = 0,1086x - 0,0198
0,2
2
Log (x/m)
R = 0,7557 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3+
Log [Cr ] setimbang
Gambar 10 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log [Cr(III)] setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir, selanjutnya dapat dipakai untuk menentukan harga kapasitas adsorpsi maksimum (x/m)mak yaitu berdasarkan nilai dari slope (kemiringan garis) pada persamaan Y = 0,6398X + 1,5685, yaitu 1/(x/m)mak. Dengan mensubstitusi 1/(x/m)mak = 0,6398 maka diperoleh nilai (x/m)mak = 1,56 mg/g. Harga adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi diperoleh sebesar 1,56 mg/g.
4.2.2. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Setelah Diaktivasi Aktivasi serbuk gergaji kayu albizia bertujuan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi ion Cr3+. Aktivasi serbuk gergaji kayu dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan menggantikan sisi-sisi aktif yang terdapat pada selulosa ataupun hemiselulosa dengan gugus yang lebih aktif (kuat) seperti melalui reaksi sulfonasi dan dengan menghilangkan bahan yang mengahalangi kontak adsoben dengan adsorbat. Pada penelitian ini, aktivasi dengan
25
menghilangkan materi seperti lemak, lilin atau pengotor lain yang mengahalangi kontak gugus aktif dengan ion Cr3+ dengan cara mengekstraksi menggunakan campuran pelarut etanol-toluena pada perbandingan volume 1:1. Data adsorpsi Ion Cr3+ oleh serbuk kayu albizia sesudah diaktivasi menggunakan campuran pelarut etanol-toluena tersebut disajikan pada Tabel 5 dan data lengkap disajikan pada Lampiran 7. Tabel 5 Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena(1:1) [Cr3+] mula-mula (ppm)
[Cr3+] Cr3+ [Cr3+] teradsorp teradsorpsi setimbang x/m si (ppm) (c) (g) (x) (ppm)
23,8503
22,1437 1,1072
1,7066
1,1072 0,0442 0,2321
1,5414
37,9153
29,0919 1,4546
8,8234
1,4546 0,1627 0,9456
6,0659
59,0592
39,0882 1,9544
19,9710
1,9544 0,2910 1,3004
10,2184
75,2206
39,4837 1,9742
35,7369
1,9742 0,2954 1,5531
18,1021
108,7636
43,478
65,2856
2,1739 0,3372 1,8148
30,0316
117,508
42,4958
75,0122 2,1248 0,3273 1,8751
35,3033
2,1739 2,1248
Log [Cr3+] Log x/m setimbang c/(x/m)
Dari Tabel 5 di atas terlihat bahwa semakin besar konsentrasi ion Cr3+ pada larutan, semakin besar pula ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia. Untuk menentukan pola isoterm adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah teradsorpsi apakah memenuhi pola isoterm adsorpsi Langmuir atau tidak, maka dilakukan uji linieritas dengan membuat kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ dengan c/(x/m) seperti terlihat pada Gambar 11, sedangkan untuk menentukan pola isoterm adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi apakah memenuhi pola isoterm adsorpsi Freundlich atau tidak, dilakukan uji linieritas Freundlich dengan membuat kurva hubungan antara log konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap log (x/m) seperti terlihat pada Gambar 12.
26
40 y = 0,4527x + 1,3633 35
2
R = 0,9976
30 c/(x/m)
25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
3+
Konsentrasi Cr setimbang
Gambar 11 Kurva linearitas Langmuir: hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi. Berdasarkan Gambar 11 dan 12 nampak bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia setelah diaktivasi mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun Freundlich dengan nilai R2 secara berturut-turut sebesar 0,9976 dan 0,9418. Hal ini menunjukkan bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut etanol-toluena tetap merupakan adsorpsi monolayer. Harga R2 dari isoterm adsorpsi Freundlich sebesar 0,9418 menunjukkan adsorpsi ion Cr3+ berlangsung baik secara fisik yaitu melalui pori-pori maupun secara kimia melalui interaksi gugus karbonil (CO) dan hidroksidanya (OH). Gugus-gugus ini dapat mengikat ion Cr3+ melalui ikatan ionion atau ion-polar (Mamaril, et al., 1997). Hal ini sesuai dengan Suhendrayatna (2001) yang menyatakan bahwa polisakarida memegang peranan yang sangat penting dalam proses biosorpsi ion logam berat, karena terjadinya ikatan kovalen termasuk juga dengan gugus karbonil.
27
0,4 y = 0,1801x + 0,011 R 2 = 0,9418
0,35
Log (x/m)
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
1,5
2
3+
Log konsentrasi Cr setimbang
Gambar 11 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi. Serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena dengan perbandingan volume 1:1 menyebabkan harga linearitas isoterm adsorpsi Freundlich meningkat dari 0,7557 menjadi 0,9418. Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Setiawan (2004) juga menujukkan bahwa adsorpsi zat warna kationik (methylene blue) dengan serbuk gergaji kayu yang diaktivasi dengan sulfonasi menyebabkan nilai linearitas isoterm adsorpsi Freundlich meningkat dari 0,817 menjadi 0,978. Kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia setelah diaktivasi meningkat dari 1,56 mg/g menjadi 2,21 mg/g. Meningkatnya kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji setelah diaktivasi diakibatkan oleh berkurangnya zat-zat yang dapat mengganggu seperti lilin, lemak dan pengotor lain yang dapat menghalangi kontak antara gugus aktif pada selulosa, hemiselulosa serta lignin dengan ion Cr3+. Di samping itu adanya pengotor lain yang ada pada pori-pori serbuk gergaji kayu albizia menyebabkan adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia berlangsung tidak maksimal.
28
Data pH larutan yang diukur pada saat sebelum dan sesudah adsorpsi berlangsung, baik pada adsorpsi yang menggunakan serbuk gergaji kayu yang diaktivasi maupun yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) seperti terlihat pada Lampiran 8, menunjukkan bahwa pH larutan secara umum mengalami peningkatan setelah proses adsorpsi berlangsung. Keadaan ini menunjukkan bahwa larutan CrCl3 setelah mengalami adsorpsi lebih bersifat basa dibandingkan dengan sebelum adsorpsi berlangsung. Hal ini terjadi karena ion Cr3+ yang menurut prinsip HSAB dari
Pearson bersifat asam keras telah
diadsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia, sehingga sifat asam pada larutan yang telah teradsorpsi tersebut menjadi berkurang. Dari peningkatan harga pH larutan yang telah diadsorpsi juga mengindikasikan kemungkinan pada proses adsorpsi tidak terjadi reaksi penukar kation antara kation H+ pada selulosa dan hemiselulosa yang terdapat pada serbuk gergaji kayu albizia oleh ion Cr3+ pada larutan CrCl3. Adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia terjadi melalui ikatan koordinasi antara kation Cr3+ yang bertindak sebagai ion pusat dan selulosa serta hemiselulosa bertindak sebagai ligan.
