1
KESETIMBANGAN, KINETIKA DAN TERMODINAMIKA ADSORPSI LOGAM Cr(VI) PADA ZEOLIT ALAM DARI KLATEN YANG TERAKTIVASI ASAM SULFAT Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Studies of Adsorption of Cr (VI) on Sulfuric Acid Activated Klaten Natural Zeolite Khoirul Wahyu Wahidatun, Didik Krisdiyanto, Khamidinal, Irwan Nugraha Jurusan Kimia SAINTEK UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta Jl Marsda Adisucipto no 1 yogyakarta 55281 e-mail :
[email protected]
ABSTRAK Telah dilakukan adsorpsi logam Cr(VI) pada zeolit alam dari klaten yang telah diaktivasi dengan asam sulfat. Dalam penelitian ini dipelajari pengaruh aktivasi asam sulfat terhadap karakteristik zeolit alam Klaten dan parameter adsorbsi meliputi kesetimbangan, kinetika dan termodinamikanya. Hasil penelitian menunjukkan zeolit 2 alam memiliki tipe mineral klinoptinolit dengan luas permukaan 76,45 m /g sedangkan setelah mengalami aktivasi 2 menjadi 108,46 m /g dengan tipe mineral mordenit. Kesetimbangan adsorpsi menunjukkan pola isoterm adsorpsi logam Cr(VI) oleh zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat mengikuti model isoterm Freundlich. Kinetika adsorpsi zeolit alam terhadap logam Cr(VI) mengikuti model kinetika adsorpsi Pseudo Orde 2 sedangkan model kinetika adsorpsi zeolit alam teraktivasi asam sulfat terhadap logam Cr(VI) mengikuti model kinetika adsorpsi Pseudo Orde 1. Termodinamika proses adsorpsi logam Cr oleh zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi merupakan proses fisisorpsi Kata Kunci: logam Cr(VI), zeolit alam, adsorpsi
ABSTRACT Adsorption of Cr(VI) by sulfuric acid activated klaten natural zeolite has been done. This research aims to study the activated influen onto natural zeolite characteristic and adsorption parameters (equilibrium kinetics and thermodynamics). The results showed that the natural zeolite was clinoptilolite type and natural zeolite activated while a type mordenite. Acid activation causes dealumination or reduction of Al in the zeolite framework and 2 2 increase the surface area of zeolite from 76,45 m /g to 108,46 m /g . Adsorption experiment showed the natural zeolite adsorption isotherm followed Freundlich models, following the reaction kinetics model of Pseudo Order 1 and has a Gibbs energy is negative, whereas in activated natural zeolite adsorption isotherm followed Freundlich models, following the reaction kinetics model of Pseudo Order 2 and has a Gibbs energy is positive . Keywords: Cr(VI), natural zeolite, adsorption
PENDAHULUAN
pengolahan limbah adalah cara yang tepat
Meningkatnya perkembangan industri
untuk
mengatasi
berbagai
masalah
menimbulkan berbagai masalah lingkungan
lingkungan tersebut khususnya mengatasi
di sekitar kita seperti pencemaran udara, air
limbah yang bersifat B3.
maupun tanah yang bersumber dari limbah
Salah satu limbah B3 yang berbahaya
industri. Dari banyaknya masalah lingkungan
adalah
tersebut,
peraturan
Cr(VI), yang biasanya berasal dari industri
dan
tekstil, electroplating, cat/pigmen, cat/pigmen,
diperlukan
mengenai
limbah
penanganannya mewujudkan lingkungan.
adanya
sebagai
industri tuntutan
pembangunan Oleh
karena
untuk
berwawasan itu,
teknologi
yang
penyamakan
mengandung
kulit,
otomotif
logam
dan
berat
lain
sebagainya. Terakumulasinya limbah industri yang mengandung logam Cr(VI), jika tidak
Sains dan Terapan Kimia, Vol.9, No. 1 (Januari 2015), 1–11
2 dilakukan pengolahan pada limbah tersebut
zeolit
akan membahayakan lingkungan, khususnya
dealuminasi pada zeolit mempengaruhi rasio
lingkungan
Si/Al sehingga sifat fisiknya diharapkan juga
perairan
yang
merupakan
kebutuhan penting bagi kehidupan manusia. Secara
alam
al,
2003).
perubahan.
Proses
Pelarut
yang
digunakan dalam proses dealuminasi adalah
lingkungan
air. Dimana dalam pelarut air Si berada
seperti pengolahan limbah industri salah
dalam bentuk Si(OH)4 yang dapat masuk
satunya sebagai adsorben logam berat.
untuk mengganti (replacement) atom-atom Al
Menggunakan zeolit alam sebagai adsorben
pada framework zeolit (Mutngimaturrohmah
logam berat seperti Cr(VI) merupakan cara
et al., 2006).
pada
zeolit
mengalami
et
dapat
diterapkan
umum
(Heraldi
pengelolaan
alternatif selain sebagai pemanfaatan sumber
Setelah zeolit mengalami modifikasi
daya mineral yang terdapat di Indonesia juga
dapat digunakan sebagai adsorben logam
bisa mengurangi tingkat toksisitas yang
dengan
terdapat pada limbah dan mengurangi tingkat
dibandingkan
pencemaran logam khususnya di lingkungan
Beberapa
perairan.
pengaruh pH, waktu kontak, berat adsorben,
Kajian modifikasi zeolit alam untuk
kemampuan
yang
sebelum
parameter
berbeda dimodifikasi.
adsorpsi
seperti
suhu dan konsentrasi ion logam yang dijerap
meningkatkan aktivitasnya dapat dilakukan
dapat
baik secara fisika maupun secara kimia.
pendekatan kinetika maupun kesetimbangan
Aktivasi
dengan
secara
fisika
dilakukan
melalui
dilakukan.
Dapat
pula
dilakukan
model Langmuir dan Freundlich
pengecilan ukuran butir, pengayakan, dan
sebagai pendekatan untuk menggambarkan
pemanasan pada suhu tinggi dengantujuan
perilaku ion logam seperti Mn, Fe atau Cr
untuk
pada
menghilangkan
pengotor-pengotor
organik, memperbesar pori, dan memperluas permukaan. Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan
termodifikasi
(Agustiningtyas, 2012) (Kundari et al., 2010) Dalam penelitian ini dilakukan adsorpsi terhadap logam krom dimana pada limbah
pengotor
perairan terdapat berbagai macam bentuk.
anorganik. Modifikasi zeolit alam lebih lanjut
Misalnya logam krom yang terdapat dalam air
dilakukan untuk mendapatkan bentuk kation
bisa berbentuk sebagai trivalen (Cr3+) atau
dan komposisi kerangka yang berbeda.
heksavalen
Modifikasi ini biasanya dilakukan melalui
dalam limbah perairan ditemukan dalam
pertukaran ion, dealuminasi, dan substitusi
bentuk kromat (CrO42-) dan dikromat (Cr2O72).
isomorfis (Lestari,2010)
karena kromium banyak digunakan dalam
untuk
Zeolit mengunakan
pengasaman
alam
dengan
tujuan
melalui
zeolit
menghilangkan
alam asam
dapat seperti
diaktivasi HCl,
(Cr6+).
Kromium
heksavalen
sejumlah industri, kromium terkontaminasi air
HNO3,
limbah dapat berasal dari banyak sumber, di
H2SO4, dan H3PO4 yang dapat menyebabkan
samping industri finishing metal, kromium
dealuminasi dan dekationisasi pada kerangka
digunakan dalam pembuatan tinta, pewarna,
Kesetimbangan, Kinetika, dan Termodinamika… (Khoirul Wahyu Wahidatu, dkk.)
3 pigmen, kaca, keramik, dan perekat tertentu.
Kesetimbangan adsorpsi
Selain itu juga digunakan dalam penyamakan
Kedalam gelas beker 100 ml yang
krom, industri tekstil, dan lain-lain (Nriagu,
berisi larutan standar Cr (VI) : 1, 30, 50, 70,
1999).
90 ppm masing-masing sebanyak 25 ml,
Sebagai model akan diadsorbsi logam
ditambahkan zeolit alam dan zeolit alam
heksavalen (Cr6+) dengan zeolit
teraktivasi masing-masing sebanyak 1 g.
kromium
yang alam dari Klaten Jawa tengah dan zeolit
Campuran
yang telah diaktivasi dengan asam sulfat.
selama 6 jam. Hasil pengadukan disaring
Karakterisasi adsorben meliputi perubahan
untuk memisahkan filtrat dan endapannya.
kristalinitas zeolit mengunakan XRD (X-Ray
Filtrat yang dihasilkan kemudian di destruksi
Diffraction),
menggunakan 2 ml HNO3 dan dipanaskan di
perubahan
gugus
fungsional
diaduk
hotplate
menggunakan
mengunakan FTIR (Fourier Transformation
atas
Infra Red) dan perubahan luas permukaan
kemudian didinginkan dan disaring dengan
SAA (Surface Area Analyzer). Dilanjutkan
kertas
dengan analisa kesetimbangan, kinetika dan
kemudian diuji menggunakan
termodinamika adsorpsi logam Cr(VI).
menentukan kadar Cr(VI).
jam.
Whatman
Larutan
42.
Larutan
AAS untuk
Kedalam gelas beker 100 ml yang
Preparasi zeolit alam teraktivasi Zeolit alam disaring dengan ukuran 150 mesh, kemudian dicuci dengan akuades 1:10
2
Kinetika adsorpsi
METODE PENELITIAN
(perbandingan
saring
selama
shaker
w/v)
sambil
diaduk
dengan magnetic stirer selama dua jam pada suhu kamar, kemudian dikeringkan dengan oven 90oC sampai kering. Sampel ini disebut sebagai zeolit alam (ZA). Serbuk zeolit alam sebanyak 100 gram dimasukkan dalam gelas beker 1000 ml direndam dalam
larutan
H2SO4 0,5 M. Selanjutnya diaduk selama 120 menit. Kemudian dicuci dengan akuades sampai netral (pH 7) dan dikeringkan dalam oven 90oC. Sampel ini disebut Zeolit Alam Teraktivasi (ZAT). Baik sampel zeolit alam maupun zeolit alam teraktivasi dikarakterisasi
berisi
larutan
konsentrasi
10
standar ppm
Cr(VI)
sebanyak
dengan 25
ml,
ditambahkan 1 gram zeolit alam dan zeolit alam
teraktivasi.
Campuran
diaduk
menggunakan shaker masing-masing selama 2, 3, 4, 5 dan 6 jam. Hasil pengadukan disaring
untuk
endapannya.
memisahkan Filtrat
yang
filtrat
dan
dihasilkan
kemudian didestruksi menggunakan 2 ml HNO3 dan dipanaskan di atas hotplate selama 2 jam. Larutan kemudian didinginkan dan disaring dengan kertas saring Whatman 42. Larutan
kemudian diuji menggunakan
AAS untuk menentukan kadar Cr (VI). Termodinamika adsorpsi
menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) SAA
Ke dalam gelas beker 100 ml yang berisi
(Surface Area Analyzer) dan FTIR (Fourier
larutan standar Cr pada konsentrasi 10 ppm
Transformation Infra Red).
Sains dan Terapan Kimia, Vol.9, No. 1 (Januari 2015), 1–11
4 sebanyak 25 ml, ditambahkan 1 gram zeolit
mordenit. Pada difraktogram zeolit alam,
alam dan zeolit alam teraktivasi. Campuran
terdapat 9 puncak terbanyak interpretasi
diaduk
zeolit karakter klinoptilolit yang menandakan
menggunakan
masing-masing
shaker
selama
dan
bahwa zeolit alam cenderung mempunyai
dipanaskan pada suhu 30, 40, 50, dan 60⁰ C.
struktur zeolit klinoptilolit. Sedangkan pada
Campuran
untuk
difraktogram zeolit alam teraktivasi terdapat 5
memisahkan filtrat dan endapannya. Filtrat
puncak terbanyak interpretasi zeolit dengan
yang
struktur
kemudian
dihasilkan
6
inkubator jam
disaring
kemudian
didestruksi
mordenit.
Hal
tersebut
seperti
menggunakan 2 ml HNO3 dan dipanaskan di
ditunjukkan pada Tabel 1.
atas
Tabel 1. Interpertasi puncak difraksi pada zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat
hotplate
selama
2
jam.
Larutan
kemudian didinginkan dan disaring dengan kertas saring Whatman 42. Larutan kemudian diuji menggunakan AAS untuk menentukan kadar Cr (VI) HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi XRD Zeolit Alam dan Zeolit Alam Terakstivasi Asam Sulfat
2θ JCPDS 9,88 13,56 19,74 20,40 22,36 23,21 25,72 26,32 26,70 27,87 28,15 30.05 35,71
2θ ZA 9,86 13,52 19,74 20,36 22,39 23,22 25,74 26,38 26,70 27,84 28,14 30,02 35,73
Interpretasi Klinoptilolit Natrolit Epistilbit Klinoptilolit Klinoptilolit Klinoptilolit Klinoptilolit Klinoptilolit Faujasit Mordenit Klinoptilolit Klinoptilolit Klinoptilolit
2θ JCPDS 9,77 13,45 19,61 20,18 22,36 23,16 26,73 26,31 26,65 27,70 27,93 30,89 35,61
2θ ZAA 9,77 13,45 19,68 20,14 22,35 23,18 25,69 26,30 26,64 7,72 27,94 30,93 35,67
Interpretasi Mordenit Mordenit Mordenit Mordenit Klinoptilolit Mordenit Klinoptilolit Faujasit Faujasit Faujasit Natrolit Mordenit Mordenit
Berdasarkan Tabel 1 pada difaktogram zeolit alam teridentifikasi difraksi karakteristik untuk mineral klinoptilolit yaitu pada sudut 2θ : 9.86º; 20.36º; 22.39º; 23.22º; 25.74º; 26.38º; 28.14º; 31.02º; 35.73º yang menjadikan jenis penyusun utama pada zeolit alam dengan struktur dasar klinoptilolit. Sedangkan pada Gambar 1. (a) Difraktrogram sinar x zeolit alam, (b) difraktrogram zeolit alam teraktivasi asam sulfat. Difraktogram zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat ditunjukkan pada Gambar 1 dimana terdapat 13 difraksi utama. Puncak-puncak
difraksi
teridentifikasi
dan
dengan
standar
data
yang
terdapat atlas
muncul
kesesuaian zeolit
yaitu
klinoptilolit, epistilbit, natrolit, faujasit dan
difaktogram zeolit alam teraktivasi asam sulfat terdapat difraksi karakteristik untuk mineral mordenit yaitu pada 2θ: 9.77º; 13.45º; 19.68º; 20,14º, 23.18º, 30.93º, 35. Penambahan H2SO4 pada zeolit alam merubah
sruktur
zeolit
dari
klinoptilolit
menjadi mordenit disebabkan berkurangnya komposisi Al-O pada penyusun mineral zeolit alam akibat proses dealuminasi. Dengan berkurangnya komposisi kation Al maka rasio
Kesetimbangan, Kinetika, dan Termodinamika… (Khoirul Wahyu Wahidatu, dkk.)
5 cm-1
Si/Al pada zeolit berubah yang sebelumnya
sampai
klinoptilolit
molekul
fingerprint dari zeolit yang menunjukkan
[Na1.84K1.76Mg0.2Ca1.24(H2O)21.36][Si29,84Al6.16O72
adanya vibrasi O-Si-O dan O-Al-O. Jalinan
] menjadi mordenit dengan rumus molekul
internal dan eksternal zeolit ditunjukkan pada
[Na8(H2O)24][Si40Al8O96] dimana rasio Si/Alnya
serapan sekitar 1250 cm-1 950 cm-1 yang
meningkat. Selain itu terlihat perbedaan
menunjukkan adanya vibrasi ulur asimetri O-
struktur pada zeolit alam dengan zeolit alam
Si-O dan O-Al-O dari kerangka aluminasilikat.
teraktivasi asam sulfat pada hilangnya kation
Pada spektra ditunjukkan serapan vibrasi ulur
K+ pada stuktur mordenit atau zeolit alam
asimetri O-Si-O dan O-Al-O pada daerah
teraktivasi
pada
1056,99 cm-1 dan 1064.71 cm-1 dan vibrasi
stuktur klinoptilolit atau zeolit alam akibat
ulur simetri O-Si-O dan O-Al-O pada daerah
dekationisasi.
794,67 cm-1. Daerah vibrasi tekuk Si-O dan
dengan
yang
rumus
sebelumnya
ada
Al-O Karakterisasi FTIR Zeolit Alam dan Zeolit Alam Terakstivasi Asam Sulfat
700
ditunjukkan
439,77
cm
merupakan
pada
-1
daerah
dan
447,49
daerah
serapan cm-1
(Kurniyasari,2012). Tabel 2. Interpertasi spektra FTIR zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam Bilangan gelombang (cm-1) Zeolit Zeolit alam alam teraktivasi
Interval spektra (cm-1)
Gambar 2. (a) spektra IR zeolit alam, (b) spektra IR zeolit teraktivasi asam sulfat
3420 – 3620 2363 – 2385 1620 – 1660
3448,72 2368,59 1635,64
3425,58 2368,59 1635,64
1000 – 1213
1056,99
1064,71
770 – 803
794,67
794,67
436 - 465 300 – 420
439,77 354,90
447,49 354,90
Berdasarkan
Interpretasi gugus fungsi Vibrasi ulur -OH Vibrasi ulur Si-OH Vibrasi tekuk H2O Vibrasi ulur asimetri O-Si-O dan O-Al-O Vibrasi ulur simetri O-Si-O dan O-Al-O Vibrasi tekuk Si-O dan Al-O Pori terbuka
Tabel
2
pergeseran
Berdasarkan Gambar 2 secara umum
bilangan gelombang pada gugus OH zeolit
tidak terdapat perbedaan serapan yang
alam yaitu pada bilangan gelombang 3448,72
signifikan pada spektrum IR zeolit alam dan
cm-1 menjadi 3425,58 cm-1 setelah proses
zeolit alam teraktivasi. Pada spektrum dapat
aktivasi menggunakan H2SO4. Hal tersebut
dilihat terdapat puncak yang melebar pada
menunjukkan berkurangnya vibrasi ulur OH
bilangan
gelombang
3448,72
cm-1
dan
pada
struktur
zeolit
(Mustofa,
2013).
3425,58 cm-1 yang menunjukkan serapan
Pergeseran bilangan gelombang juga terjadi
OH. Serapan tajam melebar pada daerah
pada serapan vibrasi ulur asimetris Si-O dan
1635,64 cm
-1
merupakan vibrasi tekuk OH
Al-O ke arah yang lebih besar pada daerah
yang menunjukkan ikatan hidrogen pada
1056,99 cm-1 menjadi 1064,71 cm-1. Hal ini
molekul H2O. Daerah serapan 1100 cm-1
menandakan terjadinya dealuminasi setelah
Sains dan Terapan Kimia, Vol.9, No. 1 (Januari 2015), 1–11
6 diaktivasi dengan H2SO4 yaitu pengurangan
Tabel
3
menunjukkan
terjadi
atau penghilangan komposisi Al dari vibrasi
peningkatan total pori dan luas permukaan
ulur asimetris.
dari zeolit alam ke zeolit alam teraktivasi. Hal ini
Karakterisasi SAA Zeolit Alam dan Zeolit Alam Terakstivasi Asam Sulfat
menunjukkan
aktivasi
menggunakan
H2SO4 menyebabkan hilangnya pengotor yang menutupi pori zeolit sehingga total pori dan
luas
permukaan
Peningkatan
semakin
luas
besar.
pemukaan
mengindikasikan terbentuknya ukuran pori yang lebih besar serta masih terjaganya struktur
zeolit.
mengalami
Tetapi pada rerata pori penurunan
kemungkinan
disebabkan adanya beberapa pori yang bergabung membentuk pori yang lebih besar sehingga terjadi pembentukan pori yang tidak Gambar 3. Grafik isotemal BET untuk (a) Zeolit alam dan (b) zeolit alam teraktivasi asam sulfat Teori BET digunakan untuk mengetahui salah satu dari lima tipe isoterm yaitu isoterm Type I, Type II, Type III, Type IV dan Type V.Berdasarkan Gambar 3 diperlihatkan pola adsorpsi
zeolit
alam
dan
zeolit
alam
teraktivasi yang merupakan pola isoterm Type III ditunjukkan dari garis cembung pada sumbu
P/P0
yang
terjadinya
tahapan
multilayer.
Pola
tidak
menunjukkan
adsorpsi
monolayer-
isoterm
Type
sempurna pada zeolit dan menyebabkan rerata pori berkurang (Yusri, 2012). Ukuran pori semakin kecil setelah aktivasi karena adanya penyaluran atau distribusi pori ketika dilakukan proses aktivasi dengan asam sulfat (Munandar, 2014). Rerata pori zeolit alam lebih besar dibandingkan zeolit sesudah diaktivasi disebabkan oleh permukaan zeolit yangmemiliki pori-pori yang kecil menjadi tertutup akibat dari luas permukaan yang bertambah (Rosdiana, 2006).
III
mengindikasikan bahwa interaksi yang terjadi yaitu gaya tarik menarik antara adsorbatadsorben
relatif
rendah
dan
bersifat
reversibel (Lowel, 1984). Tabel 3. Tabel hasil analisa porositas terhadap zeolit alam dan zeolit teraktivasi asam Jenis zeolit Zeolit alam Zeolit alam teraktivasi
Total pori (cc/g) 1,06 x 10-1 1,52 x 10-1
Luas permukaan (m2/g) 76,45 180,46
Rerata pori (Ǻ) 2,79 x 101 1,69 x 101
Gambar 4. Diagram distribusi ukuran pori zeolit alam dan zeolit teraktivasi asam sulfat
Kesetimbangan, Kinetika, dan Termodinamika… (Khoirul Wahyu Wahidatu, dkk.)
7 Gambar
diagram
teraktivasi terhadap konsentrasi akhir setelah
sedikit
adsorpsi untuk masa adsorben yang sama.
peningkatan pada mesopori dan makropori
Semakin besar konsentrasi logam Cr(VI)
sedangkan
mengalami
semakin besar logam Cr(VI) yang teradsorp.
penurunan setelah zeolit alam dilakukan
menyebutkan penyerapan ion logam oleh
aktivasi menggunakan H2SO4. Hal ini terjadi
adsorben meningkat dengan meningkatnya
karena setelah dilakukan aktivasi beberapa
konsentrasi
pori
konstan
distribusi
4
pori
menunjukkan
yang
pada
mengalami
mikropori
yang
berukuran
mikro
bergabung
membentuk
mesopori
dan
makropori
sehingga
mesopori
mengalami
peningkatan
dan
makropori
setelah
ion
logam,
tercapai
kemudian
kesetimbangan
(Wahyuni &Widyastuti, 2010), Perbedaaan
kemampuan
adsorpsi
2012).
yang terdapat pada zeolit alam dan zeolit
Berdasarkan Gambar 4 ditunjukkan distribusi
alam teraktivasi asam sulfat ditunjukkan pada
pori
yang
kemampuan adsorpsi zeolit alam yang lebih
berukuran meso yang menandakan bahwa
baik pada konsentrasi logam Cr(VI) yang
zeolit
teraktivasi
kecil sedangkan kemampuan adsorpsi zeolit
mengikuti pola adsorpsi Type III memiliki
alam teraktivasi lebih baik pada konsentrasi
ukuran 20-500 Å dan kemungkinan adsorpsi
logam Cr(VI) yang besar. Pada adsorpsi
yang tejadi adalah multilayer.
zeolit alam teraktivasi dengan meningkatnya
terbesar
alam
terdapat
dan
zeolit
(Yusri,
awal
pada
alam
pori
konsentrasi Kesetimbangan Adsorpsi Logam Cr (VI) pada Zeolit Alam dan Zeolit Alam Teraktivasi Asam Sulfat
penghilangan
awal
dari
Cr(VI),
menurun.
efisiensi
Semakin
tinggi
konsentrasi larutan Cr(VI) maka lebih banyak Cr(VI) yang tertukar atau terserap oleh zeolit alam teraktivasi karena tingginya konsentrasi memberikan
daya
dorong
Cr(VI)
untuk
teradsorp. Meningkatnya konsentrasi awal logam akan memberikan daya dorong yang lebih besar terhadap ion logam untuk teradsorp. Hasilnya ion logam akan berpindah (migrasi) dari permukaan luar ke dalam pori-pori zeolit Gambar 5. Grafik pengaruh konsentrasi awal Cr(VI) terhadap adsorpsi dengan zeolit alam dan zeolit alam terakstivasi asam sulfat. Pada Gambar 5 yaitu grafik variasi
alam yang berukuran mikro. Ion logam mampu bertukar kation tidak hanya pada permukaan
luar
zeolit
permukaan
dalam
tapi
zeolit
pada
Pada
proses
tercapai
ketika
konsentrasi (konsentrasi awal (Co) vs Ce)
adsorpsi
ditunjukkan
awal
semua pertukaran ion Cr(VI) dan kation pada
logam Cr(VI) pada zeolit alam dan zeolit alam
permukaan luar dan dalam zeolit alam telah
pengaruh
konsentrasi
Sains dan Terapan Kimia, Vol.9, No. 1 (Januari 2015), 1–11
kesetimbangan
juga
8 tercapai. Parameter konsentrasi digunakan mengetahui model isoterm adsorpsi zeolit
Kinetika Adsorpsi Logam Cr (VI) pada Zeolit Alam dan Zeolit Alam Teraktivasi Asam Sulfat
alam dan zeolit alam teraktivasi terhadap logam
Cr
(VI)
yang
dimodelkan
menggunakan isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich. Tabel 4. Model isoterm adsorbsi logam Cr(VI) pada zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat Zeolit Zeolit alam Zeolit alam teraktivasi
Isoterm Langmuir Qm K R (mg/g) (mg/L) 0,517 1,132 1,076
Isoterm Freundlich Qm K R (mg/g) (mg/L) 0,828 2,571 0,625
0,622
0,802
-0,106
Berdasarkan
-0,144
Tabel
4
0,199
pola
1,15x10-4
isoterm
Gambar 6. Grafik pengaruh waktu terhadap adsorpsi Cr(VI) dengan zeolit alam dan zeolit alam terakstivasi asam sulfat. Gambar 6 menunjukkan proses adsorpsi
adsorpsi logam Cr(VI) oleh zeolit alam dan
logam
zeolit
konsentrasi akhir logam Cr (Ce) menurun
alam
teraktivasi
mengikuti
model
Cr
pada
variasi
waktu
dimana
isoterm Freundlich yang ditunjukkan pada
seiring
hasil regresi linier yang diperoleh lebih
pengadukan yang dilakukan. Variasi waktu
mendekati linier dibandingkan persamaan
selanjutnya digunakan sebagai parameter
isoterm
Langmuir.
kinetika adsorpsi untuk mengetahui model
bahwa
pada
Hal
menunjukkan
lama
waktu
kinetika adsorpsi. Kinetika merupakan salah
pembentukan lapisan multilayer. Ion logam
satu proses adsorpsi yang menunjukkan
Cr(VI) yang terjerap ketika proses adsorpsi
tingkat
terjadi secara fisisorpsi dengan ikatan yang
terhadap
lemah yang disebabkan adanya gaya Van
digunakan adalah model kinetika Pseudo
der
Orde 1 dan Pseudo Orde 2 (Ma’rifat, 2014).
interaksi
yang
adsorpsi
semakin
terjadi
Waals
proses
ini
dengan
timbul
dwikutub sesaat
akibat
adanya
kecepatan
penjerapan
adsorbatnya.
adsorben
Model
yang
dan dwikutub
Kinetika reaksi menggambarkan laju
terimbas pada sistem zeolit-logam Cr(VI)
pengikatan solut pada perubahan waktu
sehingga mudah melepaskan kembali ion
kontak
logam yang telah terjerap dan melakukan
merupakan salah satu faktor karakteristik
migrasi dari permukaan luar ke dalam pori-
penting untuk mendefinisikan efisiensi dari
pori zeolit.
proses adsorpsi. Pada proses adsorpsi,
suatu
reaksi.
Kinetika
adsorpsi
kinetika dipengaruhi oleh faktor penjerapan yang terjadi dan tahapan transfer massa yang mengiringi perpindahan ion logam dalam larutan menuju situs aktif adsorpsi yang terdapat pada adsorben (Zaharah,et
Kesetimbangan, Kinetika, dan Termodinamika… (Khoirul Wahyu Wahidatu, dkk.)
9 al.,2013). Model kinetika adsorpsi dapat
Model kinetika adsorpsi zeolit alam
digunakan untuk menentukan variabel yang
terhadap logam Cr(VI) mengikuti model
terlibat dalam adsorpsi dan mekanisme yang
kinetika adsorpsi Pseudo Orde 2 dengan
terjadi. Model kinetika reaksi juga diperlukan
jumlah ion logam Cr(VI) yang terjerap pada
untuk
waktu kesetimbangan (Qe) sebesar 2,52 mg
memprediksikan
kecepatan ke
g-1, nilai konstanta laju 13,80 gr mg jam-1.
adsorben yang dirancang (Kurniawati, etal.,
Sedangkan model kinetika adsorpsi zeolit
2013).
alam teraktivasi asam sulfat terhadap logam
Tabel 5. Model kinetika adsorbsi logam Cr(VI) pada zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat
Cr (VI) mengikuti model kinetika adsorpsi
perpindahan
adsorbat
dari
Isoterm Langmuir Zeolit Zeolit alam Zeolit alam teraktivasi
larutan
R2
Qe (mg/g)
K1 (jam-1)
0,811
2,350
0,001
Isoterm Freundlich K2 Qe R2 (gr mg (mg/g) jam-1) 0,999 0,252 13,799
0,989
3,232
0,271
0,464
0,788
0,033
Model kinetika reaksi Pseudo Orde 1
Pseudo Orde 1 dengan jumlah ion logam Cr(VI)
yan
terjerap
pada
waktu
kesetimbangan (Qe) sebesar 3,232 mg g-1, dengan konstanta laju 0,271 gr mg jam-1. Termodinamika adsorpsi logam Cr (VI) pada zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat
(model Lagergren) merupakan model kinetika reaksi adsorpsi yang menjelaskan tentang penjerapan molekul dari fase cair ke fase padat
dapat
dianggap
sebagai
proses
reversibel dimana kesetimbangan dibentuk dari fase larutan (cair) dan fase padat. Dengan menganggap bahwa penjerapan ion logam pada adsorben adalah penjerapan molekuler penjerapan
non-disosiasi, dapat
fenomena
digambarkan
sebagai
Gambar 7. Grafik 1/T terhadap kesetimbangan adsorpsi Cr(VI) dengan zeolit alam dan zeolit alam terakstivasi asam sulfat.
kontrol difusi. Dimana sistem liquid-solid berbasis
pada
kapasitas
solid
untuk
mendeskripsikan sorpsi suatu zat terlarut dari larutan (Munawar, 2012). kinetika reaksi adsorpsi
Pseudo
mengasumsikan
Orde
kapasitas
2
yang
mengadsorp
proporsional terhadap jumlah situs aktif (active sites) zeolit dimana model kinetika Pseudo Orde 2 tergantung masing-masing
Pemanasan proses
pada
adsorpsi
saat
dapat
terjadinya
meningkatkan
kemampuan adsorpsi logam Cr pada zeolit dan
zeolit
alam
teraktivasi
yaitu
meningkatkan pori zeolit sehingga lebih mudah ion logam Cr terjerap kedalam pori zeolit. terdapat
Pada
parameter
hubungan
termodinamika
antara
konstanta
kesetimbangan adsorpsi dengan suhu yang
kemampuan fase padat.
Sains dan Terapan Kimia, Vol.9, No. 1 (Januari 2015), 1–11
10 dapat menentukan perubahan energi bebas
yang
Gibbs (ΔGo), entalpi (ΔHo) dan entropi(ΔSo)
mengalami tranformasi menjadi mordenit
Berdasarkan Gambar 7 ditunjukkan grafik
1/T
terhadap
ln
Kads
sehingga
ketika
diaktivasi
dengan
asam
dengan perubahan luas permukaan dari m2/g
76,45
menjadi
108,46
m2/g.
diperoleh entalpi (ΔHo), entropi (ΔSo) dan
Kesetimbangan adsorpsi menunjukkan pola
energi bebas Gibbs (ΔGo) pada adsorpsi
isoterm adsorpsi logam Cr(VI) oleh zeolit
zeolit
teraktivasi
alam dan zeolit alam teraktivasi asam sulfat
Berdasarkan
mengikuti model isoterm Freundlich. Kinetika
perhitungan, diperoleh nilai entropi (ΔSo) dan
adsorpsi zeolit alam terhadap logam Cr(VI)
alam
terhadap
dan
zeolit
logam
alam
Cr.
o
energi entalpi (ΔH ) pada zeolit alam masing-
mengikuti model kinetika adsorpsi Pseudo
masing -0,04276 kJ.K/mol dan -10,7749
Orde 2 sedangkan model kinetika adsorpsi
kJ/mol. Sedangkan nilai entropi (ΔSo) dan
zeolit alam teraktivasi asam sulfat terhadap
energi
entalpi
teraktivasi kJ.K/mol
(ΔHo)
pada
masing-masing dan
-7,89414
zeolit
alam
logam Cr (VI) mengikuti model kinetika
0,0003093
adsorpsi Pseudo Orde 1. Termodinamika
kJ/mol.
Hal
ini
proses adsorpsi logam Cr oleh zeolit alam
menandakan bahwa proses adsorpsi logam
dan zeolit alam teraktivasi merupakan proses
Cr oleh zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi
fisisorpsi.
merupakan proses fisisorpsi. Entalpi pada kisaran 40-120 kJ/mol merupakan proses kemisorpsi sedangkan nilai energi entalpi yang kurang dibawahnya merupakan proses fisisorpsi. Interaksi fisisorpsi menandakan lemahnya
ikatan
yang
terbentuk
antara
logam Cr(VI) dengan permukaan zeolit. Nilai entropi
yang
negatif
pada
zeolit
alam
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Jurusan Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga Yogyakarta karena makalah ini merupakan bagian dari skripsi penulis untuk menyelesaikan studi disana.
merupakan adsorpsi dengan sifat eksotermis
DAFTAR PUSTAKA
yang berarti reaksi spontan atau melepaskan
Agustiningtyas, Z. 2012. Optimisasi Adsorpsi Ion Pb(II) menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi Ditizon. Skripsi. Fakultas MIPA. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Heraldy, E., Hisyam SW, Sulistiyono 2003. Characterization and Activation of Natural Zeolit from Ponorogo. Indonesian Jurnal of Chemistry. 2. 3. 91-97. Kundari, N. A., Susanto. A., Prihatiningsih dam Maria. C, 2010. Adsorpsi Fe dan Mn dalam Limbah Cair dengan Zeolit Alam. Seminar Nasional VI SDM Teknologi Nuklir. Yogyakarta. 18 November 2010.
energi dari sistem ke lingkungan. Sedangkan nilai entropi yang bernilai positif pada zeolit alam teraktivasi merupakan adsorpsi dengan sifat endotermis yaitu reaksi berjalan secara tidak spontan. KESIMPULAN Berdasarkan disimpulkan
bahwa
hasil
penelitian zeolit
alam
dapat yang
digunakan merupakan material klinoptilolit
Kesetimbangan, Kinetika, dan Termodinamika… (Khoirul Wahyu Wahidatu, dkk.)
11 Kuniawati, P., Widyantoko. B.,Kurniawan. A., dan Purbaningtyas.T.E., 2013. Kinetic Study of Cr(VI) Adsorption on Hydrotalcite Mg/Al with Molar Ratio 2:1. Eksakta. 1-2. 13. 11-21. Kurniyasari, 2012. Sintesis dan Karakterisasi Membran Komposit Alumina Silika Berpori dan Aplikasinya untuk Pemisahan Gas Methanol-Ethanol. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Indonesia: Depok. Lestari, D. Y. 2010. Kajian Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam dari berbagai Negara. Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia 2010. Yogyakarta. 30 Oktober 2010. Ma’rifat. 2014. Adsorpsi Merkuri (II) dengan Zeolit dari Abu Dasar Batubara. Skripsi. Fakultas Sains dan Teknologi. UIN Sunan Kalijaga: Yogyakarta. Munandar, A. 2014. Adsorpsi Logam Pb dan Fe dengan Zeolit Alam Teraktivasi Asam Sulfat. Skripsi. Fakultas Sains dan Teknologi. UIN Sunan Kalijaga: Yogyakarta. Munawar. 2012. Kinetika Sorpi Ion Zink(II) pada Partikel Gambut. Prosiding Seminar Nasional dan PKM: Sains, Teknologi dan Kesehatan. Aceh. Mutngimaturrohmah, Gunawan dan Khabibi., 2005 Aplikasi Zeolit Alam Terdealuminasi dan Termodifikasi
HDTMA sebagai Adsorben Fenol. Semarang. Universitas Diponegoro. Nriagu, J.O. 1999. Vanadium in the Environments. Journal of Applied Toxicology. 4. 19. 295. Rosdiana, T. 2006. Pencirian dan Uji Aktivitas Katalitik Zeolit Alam Teraktivasi. Skripsi. FMIPA. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Wahyuni, S dan Widyastuti, N. 2009. Adsorpsi Ion Logam Zn(II) pada Zeolit A yang disintesis dari Abu Dasar Batubara PT Ipmomi Paiton dengan Metode Batch. Prosiding Kimia FMIPAITS. Surabaya. Yusri, Sylvia. 2012. Sintesis dan Karakterisasi Zeolit ZSM-5 Mesopori dengan Secondary Template dan Studi Awal Katalisis Oksidasi Metana. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Univesitas Indonesia: Depok. Zaharah, T.A., Sofiani. A., Sayekti. T.,2013. Kinetika Adsorpsi Ion Cr(III) pada Biomassa-Kitosan Imprinted Ionik. Prosiding Semirata 2013 Unila : Lampung.Alpdogan G, Karabina K, Sungur S. 2000.Derivative Spectrophotometric Determination of Caffeine in Some Beverages. Turk J Chem 26: 295-302.
Sains dan Terapan Kimia, Vol.9, No. 1 (Januari 2015), 1–11
12
Kesetimbangan, Kinetika, dan Termodinamika… (Khoirul Wahyu Wahidatu, dkk.)
