PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG KLUWAK (Pangium edule Reinw) SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA RHODAMIN B Widya Astuti1; Paulina Taba2; Yusafir Hala3 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin Jl.Perintis Kemerdekaan Km 10 Makassar email:
[email protected] Abstrak Zat warna telah digunakan secara luas, umumnya pada tekstil, kertas, plastik, dan banyak industri lain. Keberadaan zat warna dalam air limbah dihasilkan industri tersebut berbahaya dan dapat menyebabkan keracunan bagi mahluk hidup. Berbagai metode seperti koagulasi, penukar ion, dan ozonasi telah digunakan untuk menghilangkan zat warna dari air limbah. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui luas permukaan karbon aktif yang dibuat dari tempurung kluwak yang digunakan sebagai adsorben zat warna Rhodamin B dan mengetahui kapasitas adsorpsinya. Pengaktifan dengan KOH 25% dilakukan terhadap karbon dari tempurung kluwak untuk meningkatkan penyerapan terhadap zat warna Rhodamin B. Penelitian ini meliputi penentuan waktu kontak optimum, penentuan pH optimum dan kapasitas adsorpsi karbon aktif tempurung kluwak terhadap zat warna Rhodamin B. Larutan hasil interaksi antara Rhodamin B dengan karbon aktif dari tempurung kluwak diidentifikasi dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 1700. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa luas permukaan karbon aktif tempurung kluwak adalah 413,27 m²/gram dimana adsorpsi optimum terjadi pada waktu kontak 30 menit, pH larutan 7. Kapasitas adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif dari tempurung kluwak adalah 3,05 mg/g. Kata kunci : tempurung kluwak, karbon aktif, Rhodamin B, kapasitas adsorpsi. Abstract Dyes are widely used, mostly in the textiles, paper, plastics, and many other industry. The existence of dyes in the waste water produced by the industries are dangerous and can cause toxicity effect to living organisme. Various techniques like coagulation, ion exchange, and ozonization have been used for the removal of dyes from wastewater. The purpose of this research are to know the surface area of activated carbon from kluwak shell that is used as adsorbent of Rhodamine B dye and to know the adsorption capacity of it. Activated of carbon from kluwak shell has used KOH 25 % to obtain higher adsorption of Rhodamine B dye. The study included determine optimum contact time, optimum pH and adsorption capacity of activated carbon to Rhodamine B dye. The result of interactions between Rhodamine B with kluwak shell identified by Spectrofotometer UV-Vis Shimadzu 1700. The result of activated carbon from kluwak shell show that the surface area of activated carbon is 413,27 m²/gram with optimum time contact is 30 minutes, optimum pH is 7. Adsorption capacity of Rhodamine B is 3,05 mg /g. Key words : Pangium edule shell, active carbon, Rhodamine B, adsorption capacity. PENDAHULUAN Zat warna merupakan gabungan dari zat organik tidak jenuh dengan kromofor sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat warna dengan serat (Pratiwi, 2010). Zat warna merupakan senyawa berwarna yang banyak digunakan pada industri tekstil, plastik, kertas, dan banyak industri lainnya (Cahyadi, 2006). Zat warna yang sering dipakai dalam industri tekstil seperti pabrik kertas, sutera dan wool adalah zat warna rhodamin B. Rhodamin B merupakan pewarna sintetis yang berasal dari metanlinilat dan alanin yang berbentuk serbuk kristal berwarna merah keunguan dalam bentuk terlarut pada konsentrasi tinggi dan berwarna merah terang pada konsentrasi rendah. Di samping itu, Rhodamin B dapat menyebabkan iritasi saluran pernafasan, kulit, mata 1
dan saluran pencernaan. Kandungan senyawa azo yang terdapat pada Rhodamin B sehingga dapat menyebabkan keracunan, gangguan hati dan kanker, oleh karena itu keberadaannya dalam air perlu diminimalkan (Erlin, 2008). Berbagai metode telah dilakukan untuk menangani permasalahan limbah industri khususnya pengurangan zat warna, antara lain dengan metode koagulasi, penukar ion, dan ozonisasi, tetapi metode-metode tersebut membutuhkan biaya yang relatif tinggi. Byrappa dan Subramani (2006) berhasil menurunkan kadar Rhodamin B menggunakan fotokatalitik ZnO dan TiO2, namun, proses ini kurang efektif diterapkan terutama di industri rumah tangga karena memerlukan biaya yang mahal. Metode adsorpsi merupakan salah satu cara yang efisien dan efektif untuk mempelajari penghilangan zat warna. Keunggulan metode ini adalah tidak terbentuk lumpur, zat warna dapat dihilangkan dengan baik dan adsorben yang telah digunakan dapat diregenerasi sehingga dapat digunakan kembali untuk proses pengolahan limbah. Adsorben yang umumnya digunakan untuk pengolahan limbah zat warna adalah karbon aktif. Karbon aktif dapat menyerap dengan baik senyawa-senyawa organik (Worch, 2012) dan biaya produksi yang relatif murah karena bahan baku pembuatan karbon aktif dapat berasal dari limbah biomassa (Liem dkk, 2015). Penggunaan karbon aktif sebagai penyerap zat warna Rhodamin B merupakan salah satu alternatif dalam pengolahan limbah zat warna karena lebih selektif, pendekatan kompetitif, efektif, dan murah. Sejumlah karbon aktif dari biomassa dapat digunakan sebagai adsorben yaitu tempurung kenari (Edwin dkk, 2005), cangkang kelapa sawit (Kurniati, 2008), batang pisang (Muna, 2011) ampas tebu (Asbahani, 2013), kulit durian (Tanasale dkk, 2014) dan kulit kakao (Purnamawati dan Utami, 2014). Menurut Sulistyawati (2008) tongkol jagung yang mengandung selulosa dan pektin dari kulit buah jeruk (Ina dkk, 2013) dapat dimanfaatkan sebagai adsorben. Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung gugus-gugus fungsi dapat diolah lebih lanjut menjadi karbon aktif yang dapat berfungsi sebagai adsorben untuk menyerap zat warna dari perairan. Salah satu tanaman yang berpotensi digunakan sebagai sumber karbon aktif adalah tempurung kluwak. Namun tempurung kluwak belum dapat dimanfaatkan secara maksimal. Salah satu alternatif untuk memanfaatkan limbah tempurung kluwak adalah dengan memanfaatkannya sebagai bahan baku pembuatan adsorben karbon aktif. Dari hasil uji proximate yang dilakukan oleh Rio Latifan dan Diah Susanti (2012) didapat nilai fixed carbon tempurung kluwak sebesar 92,15%. Karena kandungan karbon yang dimiliki cukup tinggi sehingga tempurung kluwak ini berpotensi untuk dijadikan karbon aktif (Habibah dkk, 2014). Selain itu, tempurung kluwak juga mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin karena semakin banyak kandungan senyawa tersebut maka karbon aktif yang dihasilkan akan semakin baik (Latifan dan Susanti, 2012). Karbon aktif dari limbah tempurung kluwak memiliki kapasitas adsorpsi yang cukup baik seperti pada hasil uji iodin yang dilakukan oleh Haniffudin Nurdiansah dan Diah Susanti (2013) dimana daya serap karbon aktif tempurung kluwak terhadap larutan iodin adalah 957,1714 mg/g yang telah memenuhi standar karbon aktif SNI yang mengharuskan nilai bilangan iodin dari karbon aktif minimal 750 mg/g. Karbon aktif adalah bahan yang mengandung karbon yang daya adsorpsinya dapat ditingkatkan melalui proses aktivasi. Aktivasi karbon aktif dapat dilakukan melalui dua proses yaitu aktivasi fisika dan aktivasi kimia. Aktivasi secara fisika dilakukan dengan pemanasan sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan dengan menggunakan agen pengaktivasi seperti KOH. Penggunaan agen pengaktivasi bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan dan volume pori karbon aktif (Tanasale dkk, 2014). Kelebihan senyawa KOH sebagai activating agent diantaranya menghasilkan karbon aktif dengan pori–pori yang didominasi dengan ukuran mikropor, dimana diketahui bahwa adsorben dengan ukuran pori mesopor dan mikropor lebih efektif untuk proses adsorpsi. Selain itu aktivasi dengan KOH menghasilkan produk samping berupa tar yang lebih sedikit (Liem dkk, 2015). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Liem dkk, 2015), karbon aktif yang diaktivasi dengan kalium hidroksida memiliki daya serap yang cukup tinggi terhadap zat warna metilen biru nilai kapasitas sebesar 674 mg/g. Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini dilakukan untuk memanfaatkan karbon aktif dari tempurung kluwak sebagai adsorben Rhodamin B. Rhodamin B merupakan salah satu contoh zat warna yang dapat menimbulkan masalah di lingkungan perairan, sehingga membutuhkan penanggulangan yang efektif. Penelitian ini menggunakan larutan zat warna yang dibuat pada konsentrasi tertentu sebagai limbah cair buatan untuk mempelajari kemampuan karbon aktif dalam mengadsorpsi Rhodamin B. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi seperti waktu kontak, pH dan konsentrasi akan dipelajari untuk mengetahui 2
kondisi optimum adsorpsi. Selain itu dalam penelitian ini telah dipelajari desorpsi zat warna dari karbon aktif yang akan menjadi kajian penelitian ini untuk mendapatkan informasi apakah adsorben dapat diregenarasi atau tidak.
METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan adalah limbah tempurung kluwak diperoleh dari Kec. Enrekang Kab. Enrekang, akuades, kalium hidroksida (KOH), asam klorida (HCl), asam nitrat (HNO3), asam asetat (EMerck), zat warna tekstil Rhodamin B, kertas pH universal (E-Merck), larutan buffer dan kertas saring Whatman No. 42. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat-alat gelas yang lazim dipakai dalam laboratorium, Oven (tipe SPNISOSFD), cawan porselin, termometer, hotplate stirrer, magnetik stirrer (Cole-Palmer), pengaduk magnetik (Fisher tipe 115), ayakan ukuran 140 mesh, lumpang, neraca analitik (Shimadzu AW220), labu semprot plastik, pH meter, Spektrofotometer UV-Vis Spektronik 20 D+ Shimadzu, Spektrofotometer FT-IR Prestige-21 (Shimadzu), tanur (Muffle Furnace tipe 6000), alumunium foil. Metode Kerja Pembuatan Karbon Aktif dari Tempurung Kluwak Tempurung kluwak dikeringkan lalu dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 370 oC selama 30 menit kemudian digerus dan diayak dengan pengayak 140 mesh. Karbon kemudian diaktivasi dengan menggunakan KOH 25 % dengan perbandingan 1:1:4 (air : karbon : KOH). Campuran tersebut kemudian dipanaskan dan diaduk menggunakan magnetic stirrer hot plate dengan temperatur 80 oC selama 4 jam. Setelah tercampur maka dilakukan pengendapan dan pencucian. Pengendapan dilakukan dengan membiarkan campuran selama satu hari hingga terbentuk endapan. Lalu cairan yang ada pada campuran dibuang hingga tersisa endapannya saja. Endapan yang didapat lalu dicuci dengan akuades. Setelah itu endapan kembali dipanaskan dalam tanur 600 oC selama 2 jam. Karbon aktif tempurung kluwak kemudian dicuci dengan akuades berulang sampai pH filtrat mendekati netral dan kemudian dimasukkan dalam oven pada suhu 110 oC, lalu didinginkan dalam desikator (Nurdiansah dan Susanti, 2013). Setelah tahap aktivasi karbon aktif diselesaikan, dilanjutkan dengan tahap analisa Brunauer-Emmet- Teller (BET) dan FTIR pada karbon aktif. Penentuan Waktu Kontak Optimum oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak Larutan zat warna Rhodamin B 30 mg/L disiapkan pada pH optimum. Kemudian 0,5 gram karbon aktif tempurung kluwak dimasukkan ke dalam 5 erlenmeyer yang berisi 50 mL larutan zat warna. Campuran diaduk menggunakan magnetik stirer dengan variasi waktu 15, 30, 45, 60, dan 75 menit. Kemudian campuran disaring dan filtrat yang diperoleh diukur absorbansinya pada panjang gelombang maksimal dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 553 nm. Banyaknya zat warna yang teradsorpsi (mg) per gram adsorben (karbon aktif tempurung kluwak) ditentukan dengan persamaan (1) : (1) q Co- Ce V e=
Wa
qe = jumlah zat warna yang teradsorpsi (mg/g) Co = konsentrasi zat warna sebelum teradsorpsi (mg/L) Ce = konsentrasi zat warna setelah teradsorpsi (mg/L) V = volume larutan zat warna (L) Wa = jumlah adsorben (g) Kinetika adsorpsi dapat dipelajari dengan persamaan orde satu semu, seperti persamaan (2) : dqt dt
= k1 (qe – qt)
(2)
3
Dimana qe dan qt berturut-turut merupakan jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi (mg/g) pada kesetimbangan dan pada waktu tertentu, t (menit), k1 merupakan tetapan laju orde satu semu (menit-1). Hasil integrasi memberikan persamaan (3) : log
qe qe-q
=
t
k1 2,303
(3)
t
yang merupakan laju orde satu semu. Persamaan ini dapat ditulis sebagai persamaan (4) : log (qe - qt) = log qe -
k1 2,303
(4)
t
nilai-nilai tetapan laju (k1), jumlah ion yang diadsorpsi pada keadaan setimbang (qe), koefisien korelasi (R2), dihitung dari plot log (qe – qt) versus t. Data kinetika juga dapat diolah dengan model kinetika orde dua semu. Persamaan diferensial adalah sebagai berikut persamaan (5) :
(5)
= k2 (qe – qt)2
Dimana k2 adalah tetapan laju orde dua semu (g mg-1 min-1). Integrasi persamaan (5) menghasilkan persamaan (6): 1
1
qe - qt
(6)
= q + k2 t e
Persamaan ini dapat dituliskan dalam bentuk linear sebagai berikut persamaan (7) : = +
(7)
Penentuan pH Optimum oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak Larutan zat warna Rhodamin B dibuat 30 mg/L masing-masing sebanyak 50 mL pada pH 4, 5, 6, 7, dan 8 pada gelas kimia. Kemudian dimasukkan ke dalam 0,5 gram karbon aktif tempurung kluwak tiap larutan zat warna pada erlenmeyer. Campuran diaduk menggunakan magnetik stirer selama 30 menit kemudian disaring. Filtrat yang diperoleh diukur absorbansinya pada panjang gelombang maksimal dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 553 nm. Penentuan Kapasitas Adsorpsi oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak Larutan zat warna Rhodamin B dibuat dengan variasi konsentrasi 25, 50,100, 200 dan 400 mg/L masing-masing 50 mL dengan pH optimum ke dalam erlenmeyer. Kemudian 0,5 gram adsorben karbon aktif tempurung kluwak dimasukkan ke dalam tiap erlenmeyar yang berisi zat warna. Campuran diaduk selama waktu optimum. Kemudian campuran disaring dan filtrat yang diperoleh diukur absorbansinya pada panjang gelombang maksimal dengan spektrofotometer UV-Vis. Kapasitas adsorpsi dihitung dari Persamaan Freunlich (8) log (x/m) = log k + 1/n (log C) (8) atau dengan menggunakan Persamaan Langmuir (9) Ce qe
=
1 Qo b
+
Ce Qo
(9)
dengan mengalurkan log (x/m) terhadap log C untuk persamaan Freunlich atau Ce/qe terhadap Ce untuk persamaan Langmuir. Intercept pada persamaan Freunlich diperoleh nilai k (kapasitas adsorpsi) dan dari slope persamaan Langmuir dapat diperoleh nilai Qo yang berhubungan dengan kapasitas adsorpsi. Jika kinetika orde dua semu dipenuhi, plot t/qt versus t akan menghasilkan garis lurus.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Karakterisasi Karbon Aktif Tempurung Kluwak a. Hasil Pengujian BET Luas permukaan dan terbentuknya pori internal pada karbon aktif dalam skala nanometer selanjutnya dikonfirmasi dari hasil pengukuran dengan metode Brunauer-Emmett-Teller isotherm (BET) yang diperlihatkan pada data Tabel 1. Tabel 1. Hasil Analisis BET Karbon Aktif Tempurung Kluwak Sampel
S BET (m2/g)
Karbon Tempurung Kluwak
19,76
Karbon Aktif Tempurung Kluwak
413,27
Hasil penentuan luas permukaan dengan metode BET menunjukkan bahwa karbon tempurung kluwak sebelum aktivasi memiliki luas permukaan sebesar 19,76 m2/g. Setelah aktivasi luas permukaannya meningkat sebesar 413,27 m2/g. Hal ini membuktikan bahwa proses aktivasi mempengaruhi luas permukaan karbon aktif tempurung kluwak. b. Hasil Pengujian FTIR Karakterisasi gugus fungsi karbon aktif tempurung kluwak dengan menggunakan FTIR untuk membandingkan gugus fungsi yang ada pada karbon tempurung kluwak sebelum aktivasi dan setelah aktivasi. Spektrum IR dari kedua sampel tersebut ditunjukkan pada Gambar 1.
808.683
1038.54
1172.72
1454.33 1577.77
1693.50
2376.30
3392.79 3392,79
3000
2000
796,53 1031.92
1141.66
1454.33 1543.05
1699.29
2376.30
b)
3371.57 3371,57
% Transmitan
a)
1000 -1
Bilangan Gelombang (cm )
Gambar 1. Spektrum FTIR karbon tempurung kluwak sebelum dan setelah aktivasi
Gambar 1 menunjukkan bahwa terdapat perbedaan antara spektrum karbon tempurung kluwak sebelum dan setelah aktivasi yang menandakan adanya perbedaan gugus fungsi pada permukaan karbon. Terdapat beberapa peak yang berbeda antara kedua jenis karbon. Pada spektrum karbon sebelum aktivasi, (Gambar 1.a) gugus karboksil, fenol atau alkohol berada pada daerah bilangan gelombang 3392,79 cm-1 (Umran dkk, 2015). Pita serapan pada bilangan gelombang 1577,77 cm-1 menunjukkan vibrasi regangan C=C dari gugus aromatik dan bilangan gelombang 1174,34 cm-1 menunjukkan vibrasi C-O-C eter. Kemudian pita serapan pada gelombang 1049,46 cm-1 menunjukkan vibrasi C-O dari C-OH primer. 6
Sedangkan untuk karbon setelah aktif (Gambar 1.b) terjadi pergeseran bilangan gelombang dan perubahan intensitas serapan yang mengindikasikan terjadinya perubahan gugus-gugus fungsi selama proses aktivasi kimia, pita serapan pada bilangan gelombang yaitu 3371,57 cm-1 menunjukkan adanya regangan – OH. Serapan pada bilangan gelombang 1543,05 cm-1 menunjukkan regangan asimetris karboksilat yang (– COO–) dan puncak pada di 1050,44 cm-1 merupakan gugus fungsional C-O-C eter, kelompok fungsional dari karbon aktif ini dapat berinteraksi dengan molekul zat warna (Mohammadi dkk, 2010). 2. Waktu Optimum Adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak Waktu optimum adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak ditentukan dengan menghitung jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi sebagai fungsi waktu. Hasil penelitian untuk penentuanwaktu optimum adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak dapat dilihat pada gambar . 1.35 x/m (mg/g)
1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 0
20
40
60
80
Waktu (menit) Gambar 2. Hubungan antara waktu adsorpsi terhadap jumlahh Rhodamin B yang diadsorpsi (x/m) oleh karbon aktif tempurungg kluwak
Adsorpsi Rhodamin B pada 15 menit pertama adalahh 1,1342 mg/g. Adsorpsi meningkat pada waktu 30 menit dan setelah itu jumlah yang teradsorpsi mengalami penurunan. Jadi waktu pengadukan 30 menit merupakan waktu optimum yang didapatkan dengan jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi sebesar 1,3371 mg/g. Waktu optimum ini akan digunakan untuk penelitian selanjutnya. Dari grafik dapat terlihat bahwa penambahan waktu adsorpsi tidak meningkatkan kemampuan adsorpsi bahkan cenderung menurun karena sisi aktif pada permukaan adsorben telah jenuh oleh zat warna. Untuk mengetahui model kinetika adsorpsi Rhodamin B, persamaan orde satu semu dan orde dua semu digunakan. Dengan membandingkan nilai garis kuadrat terkecil, maka dibakukan pola adsorpsi yang sesuai. Model kinetika adsorpsi berdasarkan persamaan orde satu semu dan orde dua semua dapat dilihat pada Gambar 7 dan Gambar 8. Nilai R2, k1 (tetapan kinetika orde satu semu), k2 (tetapan kinetika orde dua semu), dan qe hasil perhitungan dan hasil penelitian ditunjukkan pada Tabel 2. 0
log (qe-qt)
-0.5 0
20
40
60
80
-1 -1.5
y = -0.0017x - 1.1879 R² = 0.0028
-2 -2.5 -3 waktu (menit)
Gambar 3. Kinetika Orde Satu Semu Adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak
7
t/qe (menit g/mg)
70 60 50 40 30 20 10 0
y = 0.8043x + 0.0214 R² = 0.9934
0
20
40
60
80
Waktu (menit)
Gambar 4. Kinetika Orde Dua Semu Adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak
Nilai kuadrat terkecil (R2) untuk kinetika orde satu semu dan dua semu untuk adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak mendekati 1, tetapi harga qe untuk orde dua semu lebih mendekati nilai qe penelitian. Hal ini menunjukkan bahwa model kinetika adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak mengikuti orde dua semu dengan k2=30,2297 g menit-1 mg-1 dan R2= 0,9934. Tabel 2. Nilai R2, k1, k2, qe Hasil Perhitungan dan Hasil Penelitiann untuk Adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif tempurung Kluwak R2
Adsorbat
Rhodamin B
Orde 1 0,0028
qe
Orde 2 0,9934
Orde 1 0,0649
Orde 2 1,2433
k1 (mg g-1 menit-1) Eksp 1,3371
0,0649
k2 (g menit-1 mg-1) 30,2297
3. Penentuan pH Optimum Adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak Pengaruh pH terhadap adsorbsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak dilakukan dengan penambahan 0,5 g karbon aktif ke dalam larutan Rhodamin B konsentrasi 30 mg/L dengan variasi pH dari 4 sampai 8 selama 30 menit. Jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi oleh karbon aktif tempurung kluwak sebagai fungsi pH dapat dilihat pada Gambar 5. 1.24 1.23 qe (mg/g)
1.22 1.21 1.2 1.19 1.18 1.17 1.16 0
5
10
pH Gambar 5. Jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi (q ) oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak sebagai fungsi pH e
Jumlah Rhodamin B yang teradsorpsi pada pH 4-7 mengalami peningkatan dan setelah pH 7 jumlah Rhodamin B yang teradsorpsi cenderung menurun. Hal ini menunjukkan bahwa pH optimum adsorpsi zat warna Rhodamin B oleh karbon aktif adalah pH dengan jumlah Rhodamin B yang teradsorpsi sebesar 1,23 mg/g. 8
Dalam suasana netral, karbon aktif tempurung kluwak mengadsorpsi lebih banyak Rhodamin B dibandingkan dalam suasana asam dan basa. Pada pH rendah, ion H+ dalam larutan akan mengganggu pengikatan adsorben dan Rhodamin B, karena semakin banyak gugus karboksil pada adsorben yang mengikat ion H+ dan menjadi bermuatan positif, sehingga adsorben makin sulit berikatan dengan zat warna Rhodamin B (Lacerda dkk, 2015). Jika pH larutan meningkat bentuk zwitterion Rhodamin B dalam air dapat meningkatkan agregasi Rhodamin B untuk membentuk molekul yang lebih besar (dimer) sehingga tidak dapat masuk ke dalam struktur pori permukaan adsorben (Arivoli dkk, 2009).
qe (mg/g)
4. Kapasitas Adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak Jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi (qe) sebagai fungsi konsentrasi ditentukan untuk menghitung kapasitas adsorpsi. Jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi meningkat sejalan dengan meningkatnya konsentrasi adsorbat. Untuk mengetahui hubungan antara konsentrasi larutan pada kesetimbangan dengan jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi karbon aktif tempurung kluwak maka dibuat grafik hubungan antara qe dengan Ce. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 6. 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
100
200
300
400
500
Ce (mg/L) Gambar 6 . Hubungan antara jumlah Rhodamin B yang diadsorpsi (qe) oleh karbon aktif tempurung kluwak dengan konsentrasi larutan (Ce) pada kesetimbangan.
Konsentrasi larutan adsorbat mempengaruhi proses adsorpsi. Semakin tinggi konsentrasi larutan, maka semakin banyak pula zat terlarut yang dapat teradsorpsi oleh adsorben (Taba dkk, 2004). Jumlah zat warna yang diadsorpsi pada konsentrasi 25 mg/L sampai 400 mg/L meningkat karena semakin besar konsentrasi larutan Rhodamin B maka semakin banyak zat warna tersebut yang bertumbukan dengan karbon aktif. Kapasitas adsorpsi Rhodamin B pada konsentrasi 400 mg/L adalah 3,0548 mg/g. 140 y = 0.3138x + 8.3513 R² = 0.9867
120
Ce/qe (g/L)
100 80 60 40 20 0 0
100
200
300
400
Ce (mg/L) Gambar 7. Isotermal Langmuir untuk adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak.
Untuk mengetahui kapasitas adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak digunakan persamaan Langmuir dan persamaan Freundlich. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 7 dan Gambar 8. 9
0.6 0.5
y = 0.2036x - 0.0565 R² = 0.984
Log qe
0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
1
2
3
Log Ce
Gambar 8. Isotermal Freundlich untuk adsorpsi Rhodamin B oleh Karbon Aktif Tempurung Kluwak
Gambar 7 dan 8 menunjukkan bahwa isotermal adsorpsi yang lebih sesuai dengan adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak adalah isotermal Langmuir. Data parameter yang didapatkan dari hasil persamaan Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi Rhodamin B ditunjukkan pada Tabel 3 Tabel 3. Data parameter adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak berdasarkan persamaan isotermal Langmuir dan isotermal Freundlich
Isotermal Langmuir Isotermal Freundlich Qo Kf b n R2 R2 mg/g mmol/g (L/mg) mg/g mmol/g (g/L) 3,1867 0,0066 0,0376 0,9867 0,8780 0,0018 4,9116 0,984 Isotermal adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak memenuhi isotermal Langmuir karena nilai R2 yang mendekati 1 (R2 untuk isotermal Langmuir adalah 0,9867 sehingga dengan nilai Qo kapasitas adsorpsi 3,1867 mg/g atau 0,0066 mmol/g. Adsorben tempurung kluwak cukup baik dibandingkan dengan bonggol jagung dalam mengadsorp Rhodamin B, dengan kapasitas adsorpsi sebesar 0,14 mg/g (Munawaroh, 2012). Adsorpsi zat warna Rhodamin B telah dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis adsorben dengan kapasitas adsorpsi yang berbeda-beda, kapasitas adsorpsi oleh karbon aktif tempurung kenari sebesar 2,926 mg/g (Taba dkk, 2010), kapasitas adsorpsi karbon aktif kayu linggua sebesar 1,459 mg/g (Stero dkk, 2013) dan karbon aktif dari biji kapuk kapasitas adsorpsi sebesar 15,42 mg/g (Widhianti, 2010). 5. Hasil FTIR Karbon Aktif Setelah Adsorpsi Interaksi antara zat warna Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak dapat terlihat pada spektum spektroskopi IR. Hasil spektrum adsorpsi zat warna Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak ditunjukkan pada Gambar 9.
10
3392,79 3371,57 Gambar 9. Spektrum FTIR (a) zat warna Rhodamin B, (b) karbon setelah adsorpsi (c) karbon aktif
Hasil karakterisasi FTIR zat warna Rhodamin B pada Gambar 9.a menunjukkan pita serapan bilangan gelombang 3426,34 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur dari N-H diperkuat pada pita serapan 1599,51 cm-1 yang berasal dari amina sekunder. Serapan pada 2979,02 cm-1 merupakan vibrasi ulur asimetri –CH(-CH2-), sedangkan pada 2873,13 cm-1 merupakan serapan vibrasi ulur simetri –CH(– CH3). Pita serapan pada 1708,78 cm-1 menunjukkan adanya vibarsi dari C=O dan pada serapan 1599,51 cm-1 sampai 1411,71 cm-1 mengindikasikan vibrasi C=C yang ada pada cincin aromatik. Kemudian pada pita serapan 1182,93 cm-1 merupakan serapan vibrasi ulur gugus karboksil C-O. Pita serapan IR pada Rhodamin B menunjukkan struktur molekul (C28H13N2O3Cl), dimana vibrasi menunjukkan bahwa Rhodamin B terdiri dari cincin aromatik dan gugus nitrogen (senyawa azo). Gambar 9.b menunjukkan terjadinya beberapa pergeseran bilangan gelombang pada karbon aktif tempurung kluwak sebelum dan setelah adsorpsi Rhodamin B. Setelah adsorpsi vibrasi ulur N-H dari Rhodamin B dan vibrasi ulur OH dari karbon aktif bergesar berturut-turut dari 3426,34 cm-1 dan 3371,57 cm-1 menjadi 3402,44 cm-1. Perubahan bilangan gelombang tersebut menunjukkan bahwa terjadi interaksi antara gugus N-H dari Rhodamin B dengan gugus –OH dari karbon aktif tempurung kluwak. Demikian juga dengan vibrasi ulur C–O dari Rhodamin B dan vibrasi ulur C=C dari karbon aktif bergeser berturut-turut dari 1599,51 cm-1 dan 1558,54 cm-1 menjadi 1534,63 cm-1, yang menunjukkan adanya interaksi Rhodamin B dan karbon aktif. 6. Desorpsi Gambar 14 menunjukkan bahwa jumlah Rhodamin B paling banyak terdesorpsi dengan akuades yakni sebesar 12,44 %. Hal ini menunjukkan adanya interaksi fisika antara Rhodamin B dengan karbon aktif tempurung kluwak. Sebagian besar (87,56 %) Rhodamin B masih berikatan dengan adsorben. Hal ini menunjukkan ada interaksi kimia antara Rhodamin B dan karbon aktif.
11
14
12,44
%
Larutan pendesorpsi %
12 10 8 6
1,35 %
4
2,353
%
2 0
H2
HNO3
HC
Larutan pendesorpsi Gambar 10. Desorpsi Rhodamin B dari Karbon Aktif Tempurung Kluwak
Persen desorpsi Rhodamin B dengan zat pendesorpsi HCl dan HNO3 berturut-turut adalah 2,353 % dan 1,35 %. Oleh karena itu, zat pendesorpsi yang lain diperlukan untuk dapat memutuskan ikatan kimia antara Rhodamin B dan karbon aktif. KESIMPULAN Waktu optimum adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak adalah 30 menit. adsorpsi Rhodamin B mengikuti model kinetika orde dua semu dengan laju adsorpsi (k2) sebesar 30,23 g menit-1 mg-1. pH optimum adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak adalah 7. adsorpsi Rhodamin B memenuhi persamaan isotermal Langmuir dengan Q0 (kapasitas adsorpsi) sebesar adalah 3,19 mg/g atau 0,007 mmol/g. Gugus fungsi aktif yang terlibat dalam adsorpsi Rhodamin B oleh karbon aktif tempurung kluwak adalah gugus hidroksil (–OH) dari karbon aktif dan gugus amina (N-H) dari Rhodamin B. Zat pendesorpsi yang efektif untuk menarik Rhodamin B yang teradsorpsi pada karbon aktif belum diperoleh. DAFTAR PUSTAKA Arivoli,S., Thenkuzhali, M., and Parasath, P.M.D., 2009, Adsorption of Rhodamine Bby Acid Activated Carbon-Kinetic, Thermodynamic and Equilibrium Studies, The Electronic J. of Chemistry, 1(2), 138-155. Asbahani, 2013, Pemanfaatan Limbah Ampas Tebu sebagai Karbon Aktifuntuk Menurunkan Kadar Besi pada Air Sumur, Jurnal Teknik Sipil, 13(1), Universitas Tanjungpura. Byrappa, K., dan Subramani, A. K., 2006, Photocatalytic Degradation of Rhodamin B Dye using Hydrothermally Synthesized ZnO, Maysore : Department of Chemistry, University of Maysore. Cahyadi, W., 2006, Analisis dan Aspek Kesehatan Bahan Tambahan Pangan, Penerbit PT Bumi Aksara, Jakarta. Edwin, E., Sherliy., Liong, S., dan Taba, P., 2005, Pemanfaatan Karbon Aktif Tempurung Kenari Sebagai Adsorben Fenol dan Klorofenol dalam Perairan, Marina Chimica Acta, 6(1), 9 – 15, Fakultas MIPA Universitas Hasanuddin, Makassar. Erlin, P.B., 2008, Analisis Rhodamin B dalam Saos dan Cabe Giling di Pasar Kecamatan Laweyan Kotamadya Surakarta dengan Metode Kromatografi Lapis Tipis, Skripsi, Fakultas Farmasi UMS, Solo. 12
Habibah, M.D., Nurdiana, H., Rohmawati, L., dan Setyarsih, W., 2014, Sintesis Nanopori Karbon Aktif dari Tempurung Kluwak (Pangium Edule), Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika (SNFPF), 5(1), 30-32, Universitas Negeri Surabaya, Surabaya. Ina, A.T., Yulianti, L.I.M., dan Pranata, F.S., 2013, Pemanfaatan Pektin Kulit Buah Jeruk Siam (Citrus nobilis var. microcarpa)sebagai Adsorben Logam Tembaga (Cu), Skripsi, Fakultas Teknologi Universitas Atma Jaya, Yogyakarta. Kurniati, E., 2008, Pemanfaatan Cangkang Kelapa Sawit Sebagai Arang Aktif, Jurnal Penelitian Ilmu Teknik, 8(2), 96-103, UPN Veteran Jawa Timur. Lacerda, V.S., Sotelo, JB.L., Guimaraes, A.C., Navarro, S.H., Bascones, M.S., Gracia, LM.N., Ramos, P.M., and Gil, J.M., 2015, Rhodamine B Removal with Activated Carbons Obtained from Lignocellulosic Waste, J. of Environmental Management, 67-76. Latifan, R., dan Susanti, D., 2012, Aplikasi Karbon Aktif dari Tempurung Kluwak (Pangium Edule) dengan Variasi Temperatur Karbonisasi dan Aktifasi Fisika Sebagai Electric Double Layer Capasitor (EDLC), Jurnal Teknik Material dan Metalurgi, 1(1), 1-6, FTI Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Liem, V., Putranto, A., and Andreas, A., 2015, Sintesis Karbon Aktif dari Kulit Salak Aktivasi KimiaSenyawa KOH sebagai Adsorben Proses Adosprsi Zat Warna Metilen Biru, Seminar Nasional Teknik Kimia, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung. Mohammadi, M., Hassani, A.J., Abdul, R.M., and Ghasem, D.N., 2010, Removal of Rhodamine B from Aqueous Solution Using Palm Shell-Based Activated Carbon; Adsorption and Kinetic Studies, J.Chem. Eng, 55(12), 5777-5786. Muna, A.N., 2011, Kinetika Adsorpsi Karbon Aktif dari Batang Pisang sebagai Adsorben untuk Penyerapan Ion Logam Cr(VI) pada Air Limbah Industri, Tugas Akhir II, Fakultas MIPA Universitas Semarang, Semarang. Munawaroh, I., 2012, Pemanfaatan Bonggol Jagung sebagai Adsorben Rhodamin B dan Metanil Yellow, Skripsi, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Kalijaga, Yogyakarta. Nurdiansah, H., dan Susanti, D., 2013, Pengaruh Variasi Temperatur Karbonisasi dan Temperatur Aktivasi Fisika dari Elektroda Karbon Aktif Tempurung Kelapa dan Tempurung Kluwak terhadap Nilai Kapasitansi Electric Double Layer Capacitor (EDLC), Jurnal Teknik pomits, 2(1), 14-18, FTI-Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Purnawati, 2011, Optimalisasi Adsorpsi Zat Warna Rhodamin B Oleh Biomassa Chlorella sp yang Diimobilisasi Dalam Silika Gel, Tugas Akhir II, Fakultas MIPA Universitas Semarang, Semarang. Purnamawati, H., dan Utami, B., 2014, Pemanfaatan Limbah Kulit Buah Kakao (Theobroma cocoa L.) sebagai Adsorben Zat Warna Rhodamin B, Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika (SNFPF), 5(1), 12-18, FKIP Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Stero, H.R., Mariska, M.P., dan Jemmy, A., 2013, Isoterm Adsorpsi Rhodamin B Pada Arang Aktif Kayu Linggua, Jurnal MIPA UNSRAT, 2(1), 40-43, Jurusan Kimia FMIPA UNSRAT, Manado. Taba, Paulina., Fauziah, St., Syuwarna., dan Passasaran, E., 2004, Pengurangan Konsentrasi Merah Reaktif-1 dari Lingkungan Perairan Melalui Adsorpsi pada Karbon Mesopori (CMK-1) dan 13
Karbon Aktif Kulit Kakao (Theobroma cacao), Marina Chimica Acta, Universitas Hasanuddin, 5(2), 15-21.
Tanasale, M., Sutapa, I.W., dan Topurtawy, R.R., 2014, Adsorpsi Zat Warna Rhodamin B oleh Karbon Aktif dari Kulit Durian (Durio zibethinus), Ind. J. Chem. Res., 2(1), 116 – 121, Jurusan Kimia FMIPA Universitas Pattimura, Ambon. Umran, T.U., Funda, A., Nihal, E., Oznur, O., and Emre, O., 2015, Adsorption of Disperse Orange 30 Dye Onto Activated Carbon Derived rrom Holm Oak (Quercus Ilex) Acorn: A 3k Factorial Design and Analysis, J. of Environment Management, 89-96. Widhianti, W.D., 2010, Pembuatan Arang Aktif dari Biji Kapuk (Ceiba pentandra L.,) Sebagai Adsorben Zat Warna Rhodamin B, Skripsi, Fakultas Sains & Teknologi Universitas Airlangga, Surabaya. Worch, Eckhard., 2012, Adsorption Technology in Water Treatment, Walter de Gruyter GmbH & Co, Berlin/Boston, pp.1-12.
14
