ISOTERM ADSORBSI

BAB VII

ISOTERM ADSORBSI

7.1.  Tujuan Percobaan

Menentukan pengaruh lama pengocokan terhadap jumlah adsorbat yang diserap pada proses adsorbsi asam klorida (HCl) dengan karbon aktif.

7.2.  Tinjauan Pustaka

        Adsorpsi merupakan suatu proses terjadinya penyerapan atau penarikan molekul-molekul gas atau cairan pada permukaan adsorben. Adsorben merupakan suatu bahan (padatan) yang akan dapat mengadsorpsi adsorbat. Beberapa adsorben yang dapat digunakan dalam bidang penanganan limbah adalah serbuk gergaji, hasil samping pertanian, limbah industri makanan, bakteri, miroalga, kitosan, dan rumput laut.

Salah satu adsorben yang lebih mudah dikembangkan adalah rumput laut. Secara umum, keuntungan dari pemanfaatan rumput laut sebagai adsorben adalah sebagai berikut

- Rumput laut mempunyai kemampuan yang cukup tinggi dalam mengadsorpsi karena di dalam rumput laut terdapat gugus fungsi yang dapat melakukan pengikatan dengan ion. Gugus fungsi tersebut terutama gugus karboksil, hidroksil, amina, sulfudril imadazol, sulfat dan sulfonat yang terdapat dalam dinding sel dalam sitoplasma,

- Bahan bakunya mudah didapat dan tersedia dalam jumlah banyak,

- Biaya operasional yang rendah,

- Sludge yang dihasilkan sangat minim, dan

- Tidak perlu nutrisi tambahan.

Proses adsorpsi akan digambarkan dengan suatu persamaan isoterm adsorpsi. Isoterm adsorpsi akan menggambarkan proses distribusi adsorbat di antara fase cair dan fase padat. Dalam isoterm adsorpsi proses tersebut digambarkan dengan sebuah persamaan atau rumus. Isoterm adsorpsi yang umum digunakan adalah isoterm Freundlich dan isoterm Langmuir.

Isoterm Freundlich didasarkan pada suatu terbentuknya lapisan tunggal molekul (monolayer) dari suatu molekul adsorbat di permukaan adsorben.Selain itu, persamaan isoterm Freundlich menjelaskan bahwa permukaan adsorben bersifat heterogen yang memiliki makna bahwa setiap gugus aktif di permukaan adsorben memiliki kemampuan mengadsorpsi yang berbeda-beda. Dari persamaan isoterm Freundlich maka dapat diperoleh nilai K_f dan nilai n. K_f adalah indikator kapasitas adsorpsi, dan n adalah intensitas adsorpsi.

Sedangkan isoterm adsorpsi Langmuir menggambarkan bahwa suatu adsorpsi mengikuti asumsi sebagai berikut

- Adsorben dan adsorbat membentuk lapis tunggal (monolayer),

- Adsorpsi terlokalisir,

- Kalor adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan,

- Semua situs bersifat sama dan permukaan adsorben bersifat homogen, dan

- Kemampuan adsorpsi molekul pada suatu situs tidak tergantung pada situs yang lainnya.

           Persamaan Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi (adsorbat) dengan molekul-molekul zat yang masih bebas. Berdasarkan persamaan isoterm Langmuir dapat diperoleh informasi mengenai Q⁰, yang menunjukkan nilai dari kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben Melalui isoterm adsorpsi dapat diketahui sifat dari gugus aktif pada adsorben. Dalam menentukan isoterm adsorpsi pada proses adsorpsi ion Cu²⁺ oleh rumput laut Eucheuma spinosum, maka dilakukan penelitian dengan menentukan kesesuaian adsorpsi dengan isoterm adsorpsi Freundlich dan isoterm adsorpsi Langmuir.

Penentuan Pola Isoterm Adsorpsi Penentuan isoterm adsorpsi dilakukan dengan menganalisis linearitas kurva hubungan sesuai dengan persamaan isoterm Freudlich dan Langmuir. Langkah pertama dalam penentuan isoterm adsorpsi adalah dengan merubah persamaan Langmuir dan Freundlich menjadi persamaan garis lurus.

            Dalam menentukan pola adsorpsi Freundlich dari data adsorpsi dapat dibuat kurva log Q_e terhadap log C_e maka akan diperoleh persamaan linear dengan intersep log K_f dan kemiringan 1/n (Dewa, 2014).

Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorbsi

Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi adalah sebagai berikut:

-   Luas permukaan

Semakin luas permukaan adsorben, maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Luas permukaan adsorben ditentukan oleh ukuran partikel dan jumlah dari adsorben.

-   Jenis adsorbat

Peningkatan polarisabilitas adsorbat akan meningkatkan kemampuan adsorpsi molekul yang mempunyai polarisabilitas yang tinggi (polar) memiliki kemampuan tarik menarik terhadap molekul lain dibandingkan molekul yang tidak dapat membentuk dipol (non polar); Peningkatan   berat   molekul   adsorbat dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi. Adsorbat dengan rantai yang bercabang biasanya lebih mudah diadsorbsi dibandingkan rantai yang lurus.

-   Struktur molekul adsorbat

Hidroksil dan amino mengakibatkan mengurangi kemampuan penyisihan sedangkan nitrogen meningkatkan kemampuan penyisihan.

-   Konsentrasi Adsorbat

Semakin besar konsentrasi adsorbat dalam larutan maka semakin banyak jumlah substansi yang terkumpul pada permukaan adsorben.

-   Temperatur

Pemanasan atau pengaktifan adsorben akan meningkatkan daya serap adsorben terhadap adsorbat menyebabkan pori-pori adsorben lebih terbuka pemanasan yang terlalu tinggi menyebabkan rusaknya adsorben sehingga kemampuan penyerapannya menurun.

-   pH

pH larutan mempengaruhi kelarutan ion logam, aktivitas gugus fungsi pada biosorben dan kompetisi ion logam dalam proses adsorpsi.

-   Kecepatan pengadukan

Menentukan kecepatan waktu kontak adsorben dan adsorbat. Bila pengadukan terlalu lambat maka proses adsorpsi berlangsung lambat pula, tetapi bila pengadukan terlalu
cepat kemungkinan struktur adsorben cepat rusak, sehingga proses adsorpsi kurang optimal.

-   Waktu Kontak

Penentuan waktu kontak yang menghasilkan kapasitas adsorpsi maksimum terjadi pada waktu kesetimbangan.

-   Waktu kesetimbangan dipengaruhi oleh:

- tipe biomasa (jumlah dan jenis ruang pengikatan),

- ukuran dan fisiologi biomasa (aktif atau tidak aktif),

     - ion yang terlibat dalam sistem biosorpsi

     - konsentrasi ion logam (Isna, 2011).

Macam-macam jenis adsorban

 

 

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon,

dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang aktif biasanya disebut karbon aktif yang dapat menyerap beberapa jenis zat di dalam cairan ataupun gas. Berarti arang aktif dapat digunakan sebagai bahan penjernih ataupun untuk menghilang-kan bau busuk. Pada arang aktif terdapat banyak pori (zone) berukuran nano hingga mikrometer. Sedemikian banyaknya pori sehingga dalam satu gram arang aktif bila semua dinding rongga pori direntangkan, luas permukaannya dapat mencapai ratusan hingga ribuan meter persegi.

Kemudian, terdapat suatu bahan lagi yang dapat dijadikan adsorben pada proses adsorben, yakni zeolit. Penggunaan zeolit alam sebagai adsorben untuk adsorpsi limbah logam dalam air telah sering sekali dilakukan karena selain memenuhi sebagai adsorben yang baik juga harganya terjangkau oleh masyarakat dan sangat mudah untuk didapat. Namun pada beberapa kondisi, penggunaan zeolit kurang dapat dijadikan pilihan utama adsorben karena daya pisahnya yang relatif masih rendah.

        Gambar 7.2. Zeolit

Bahan ketiga yang biasa dapat digunakan sebagai adsorben adalah silika. Silika ataupun silika gel adalah salah satu padatan anorganik yang mempunyai situs aktif gugus silanol (Si-OH) dan siloksan (Si-O-Si). Adanya gugus tersebut pada permukaan silika membuat silika mempunyai kemampuan polarisabilitas rendah atau bersifat basa keras sehingga cenderung untuk bereaksi dengan logam berat yang umumnya mempunyai tingkat polarisabilitas yang tinggi atau asam lunak. Oleh karena itu, modifikasi pada permukaan silika gel perlu dilakukan.

 

                                                            Gambar 7.3. Silika

 

Cara kinerja terbentuknya adsorben

        Data adsorbsi menjelaskan kinerja adsorben dan isoterm adsorbsi serta distribusi kesetimbangan zat terlarut antara adsorben dan larutan yang akan memberikan kemampuan untuk memperkirakan efisiensi dan biaya adsorben. Model isoterm Freundlich dipilih untuk memperkirakan intensitas adsorbsi dari adsorbat dari permukaan adsorben yang dituliskan dalam bentuk rumus linear berikut

log C_e = log K_f + 1/n log C_e

Meskipun reaksi kimia kebanyakan dilakukan dalam penentuan jumlah spesi kimia,  namun suatu reaksi kimia yang berlangsung dapat diketahui sesuai dengan sistem dikurangi dengan jumlah-jumlah reaksi kesetimbangan yang berbeda, artinya suatu reaksi yang terjadi antara zat-zat yang ada didalam sistem tersesbut (Ijang, 2000).

Alat yang digunakan untuk menetukan adsorben

        Berbagai jenis pori-pori dalam bahan padat diklasifikasikan sesuai dengan asal pori-pori dan faktor-faktor struktural pori-pori dibahas sehingga dapat diketahui bahwa terdapat beberapa macam penerapan serta metode dalam evaluasi distribusi ukuran pori dengan isoterm adsorbsi molekular (Resolusi Molekuler Porosimetri), sudut kecil X-ray, porosimetri merkuri, resonansi magnetik nuklir, dan thermoporosimetri (Thomas, 2015).

Persamaan isoterm adsorbsi Freundlich

Dalam menentukan rumus sangat diperlukan penganalisaan suatu sumber dan hasil sumber itu sendiri, sehingga dalam pencarian rumus selalu didasari oleh sumber yang jelas. Seperti halnya penentuan rumus isoterm dapat dituliskan sebagai berikut

υ(P) = A, 0<1 / n<

υ = volume gas yang teradsorbsi

Tekanannya berkisar antar 10^-9 sampai dengan 10^-5 dan suhu antara 77,6-90,3 K, sedangkan untuk potensial adsorbsi dirumuskan dengan

ε = -RT ln (P/P⁰)

P⁰ = tekanan uap dari adsorbsi cair pada suhu pengukuran

T  = suhu cairan

        Sehingga akan dapat ditemukan bahwa fungsi ini memiliki bentuk berikut yang berketerkaitan dengan rumus-rumus penentuan volume adsorbsi diatas

ln υ = ln υ⁰-Bε²

                                                                                                                     (Rudzinski, 2008).

Karbon aktif adalah arang yang diproses sedemikian rupa sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk larutan atau uap. Karbon aktif secara luas digunakan sebagai adsorben dan secara umum mempunyai kapasitas yang besar untuk mengadsorpsi molekul organik. Arang aktif atau karbon aktif adalah arang yang dapat menyerap anion, kation dan molekul dalam bentuk senyawa organik maupun anorganik, larutan ataupun gas. Karbon aktif terdiri dari berbagai mineral yang dibedakan berdasarkan kemampuan adsorpsi (daya serap) dan karakteristiknya (Isna, 2011).