Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2018 ISSN: 1979-911X Yogyakarta, 15 September 2018 A-509 KESETIMBANGAN ADSORPSI ION LOGAM CHROM VI OLEH ZEOLIT PADA BERBAGAI UKURAN PARTIKEL Syarifah Aini 1 , Supratikno 2 1,2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Widya Dharma Klaten e-mail : 1 [email protected], 2 [email protected]ABSTRACT The waste of heavy metal such as chrom metal ion needs further process by certain technics. One of them is adsorbent one by applying the equilbrium principle of adsorption. Zeolite is the suitable adsorbent to use to absorb the metal ion of chrom. The purpose of the study is to determine the suitable model for equilbrium adsorption of metal ion of chrom VI by zeolite together with its parameter values and to know the maximum power absorbtion of zeolite toward metal ion of chrom VI. The production of the solution of metal ion of chrom VI in various concentration such as concentration of 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm, and 70 ppm. Each of the solution is added by 40 gram of zeolit and stirred for 30 minutes then filtered and the filtrat is analyzed by spectrophotometer. The experiment is conducted by the various particle size of zeolite such as 50 mesh, 100 mesh, and 170 mesh. The study uses the method of application model of isoterm adsorption equilbrium that covers 5 equations that is Linier Adsorption (Henry’s Law), Isotherm Adsorption of Freundlich, Isotherm Adsorption of Langmuir, Isotherm of Brunauer-Emmett-Teller (BET), the Equation of Sigmoidal Chapman. From these five models then data fitting is conducted to find the model that closer to the data. Data matching is conducted by minimizing that is run by Matlab program. The result of study shows that the suitable and closer model is the model of Isotherm adsorbtion of Freundlich in its equilbrium constant 0,0018 l/g. The maximum concentration of metal ion of chrom VI absorbed by zeolite is 5,6402 mg/g to the 170 mesh of particle size. The study can be concluded that the smaller size of particle of adsorbent the bigger material concentration absorbed. Keywords : Adsorbent, Isotherm Freundlich, Adsorption Equilbrium Model, Zeolite INTISARI Limbah logam berat seperti ion logam chrom perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut dengan teknik tertentu yaitu salah satunya menggunakan adsorben dengan menerapkan prinsip kesetimbangan adsorpsi. Zeolit adalah adsorben yang cocok untuk menyerap ion logam chrom tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan model yang cocok untuk kesetimbangan adsorpsi ion logam chrom VI oleh zeolit beserta nilai parameternya, dan mengetahui daya serap zeolit optimal terhadap ion logam chrom VI. Pembuatan larutan ion logam chrom VI dalam berbagai konsentrasi yaitu konsentrasi 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm, dan 70 ppm. Masing- masing larutan ditambahkan dengan zeolit sebanyak 40 gram dan diaduk dengan stirer selama 30 menit, kemudian disaring dan filtrat yang diperoleh dianalisis dengan spektrofotometer. Percobaan dilakukan dengan variasi ukuran partikel zeolit yaitu 50 mesh, 100 mesh, 170 mesh. Penelitian ini mengunakan metode penerapan model kesetimbangan adsorpsi isoterm yang meliputi 5 persamaan yaitu Adsorpsi Linier (Henry’s Law), Adsorpsi Isoterm Freundlich, Adsorpsi Isoterm Langmuir, Isoterm Brunauer-Emmett-Teller (BET), Persamaan Sigmoidal Chapman. Dari kelima model ini dilakukan fitting data untuk mencari model yang lebih mendekati data. Pencocokan data dilakukan dengan minimasi yang dilakukan oleh program Matlab. Hasil penelitian menunjukkan bahwa model yang cocok dan lebih mendekati yaitu model Adsorpsi Isoterm Freundlich, dengan tetapan kesetimbangan 0,0018 l/g. Konsentrasi maksimal ion logam chrom VI yang diserap zeolit adalah 5,6402 mg/g pada ukuran partikel 170 mesh. Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa semakin kecil ukuran partikel dari adsorben maka akan semakin besar konsentrasi zat yang diserap. Kata Kunci : Adsorben, Isoterm Freundlich, Model Kesetimbangan Adsorpsi, Zeolit 1. PENDAHULUAN Limbah logam berat khususnya chromium merupakan limbah yang sering dibuang ke perairan oleh industri electroplating, penyamakan kulit atau industri kimia yang lain karena limbah ini termasuk limbah yang proses pemisahan ion logamnya cukup sulit dipisahkan melalui proses pengendapan ataupun proses koagulasi.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2018 ISSN: 1979-911XYogyakarta, 15 September 2018
A-509
KESETIMBANGAN ADSORPSI ION LOGAM CHROM VI OLEH ZEOLIT PADA BERBAGAI
ABSTRACTThe waste of heavy metal such as chrom metal ion needs further process by certain technics. One of them
is adsorbent one by applying the equilbrium principle of adsorption. Zeolite is the suitable adsorbent to use to absorb the metal ion of chrom. The purpose of the study is to determine the suitable model for equilbrium adsorption of metal ion of chrom VI by zeolite together with its parameter values and to know the maximum power absorbtion of zeolite toward metal ion of chrom VI. The production of the solution of metal ion of chrom VI in various concentration such as concentration of 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm, and 70 ppm. Each of the solution is added by 40 gram of zeolit and stirred for 30 minutes then filtered and the filtrat is analyzed by spectrophotometer. The experiment is conducted by the various particle size of zeolite such as 50 mesh, 100 mesh, and 170 mesh. The study uses the method of application model of isoterm adsorption equilbrium that covers 5 equations that is Linier Adsorption (Henry’s Law), Isotherm Adsorption of Freundlich, Isotherm Adsorption of Langmuir, Isotherm of Brunauer-Emmett-Teller (BET), the Equation of Sigmoidal Chapman. From these five models then data fitting is conducted to find the model that closer to the data. Data matching is conducted by minimizing that is run by Matlab program. The result of study shows that the suitable and closer model is the model of Isotherm adsorbtion of Freundlich in its equilbrium constant 0,0018 l/g. The maximum concentration of metal ion of chrom VI absorbed by zeolite is 5,6402 mg/g to the 170 mesh of particle size. The study can be concluded that the smaller size of particle of adsorbent the bigger material concentration absorbed. Keywords : Adsorbent, Isotherm Freundlich, Adsorption Equilbrium Model, Zeolite
INTISARILimbah logam berat seperti ion logam chrom perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut dengan teknik
tertentu yaitu salah satunya menggunakan adsorben dengan menerapkan prinsip kesetimbangan adsorpsi. Zeolit adalah adsorben yang cocok untuk menyerap ion logam chrom tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan model yang cocok untuk kesetimbangan adsorpsi ion logam chrom VI oleh zeolit beserta nilai parameternya, dan mengetahui daya serap zeolit optimal terhadap ion logam chrom VI. Pembuatan larutan ion logam chrom VI dalam berbagai konsentrasi yaitu konsentrasi 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm, dan 70 ppm. Masing-masing larutan ditambahkan dengan zeolit sebanyak 40 gram dan diaduk dengan stirer selama 30 menit, kemudian disaring dan filtrat yang diperoleh dianalisis dengan spektrofotometer. Percobaan dilakukan dengan variasi ukuran partikel zeolit yaitu 50 mesh, 100 mesh, 170 mesh. Penelitian ini mengunakan metode penerapan model kesetimbangan adsorpsi isoterm yang meliputi 5 persamaan yaitu Adsorpsi Linier (Henry’s Law), Adsorpsi Isoterm Freundlich, Adsorpsi Isoterm Langmuir, Isoterm Brunauer-Emmett-Teller (BET), Persamaan Sigmoidal Chapman. Dari kelima model ini dilakukan fitting data untuk mencari model yang lebih mendekati data. Pencocokan data dilakukan dengan minimasi yang dilakukan oleh program Matlab. Hasil penelitian menunjukkan bahwa model yang cocok dan lebih mendekati yaitu model Adsorpsi Isoterm Freundlich, dengan tetapan kesetimbangan 0,0018 l/g. Konsentrasi maksimal ion logam chrom VI yang diserap zeolit adalah 5,6402 mg/g pada ukuran partikel 170 mesh. Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa semakin kecil ukuran partikel dari adsorben maka akan semakin besar konsentrasi zat yang diserap.Kata Kunci : Adsorben, Isoterm Freundlich, Model Kesetimbangan Adsorpsi, Zeolit
1. PENDAHULUAN
Limbah logam berat khususnya chromium merupakan limbah yang sering dibuang ke perairan oleh
industri electroplating, penyamakan kulit atau industri kimia yang lain karena limbah ini termasuk limbah yang
proses pemisahan ion logamnya cukup sulit dipisahkan melalui proses pengendapan ataupun proses koagulasi.
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2018 ISSN: 1979-911XYogyakarta, 15 September 2018
A-510
Oleh karenanya, maka limbah ini perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut yaitu dengan proses adsorpsi. Adsorben
yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolit, karena zeolit merupakan mineral alam yang mempunyai luas
permukaan aktif per satuan massa yang besar dan mempunyai daya afinitas yang cukup kuat.
Tujuan penelitian ini adalah menentukan model kesetimbangan adsorpsi ion logam chrom VI oleh zeolit
beserta nilai nilai parameternya, dan menggunakan model kesetimbangan adsorpsi yang cocok untuk meramalkan
daya serap zeolit optimal terhadap ion logam chrom VI melalui teori model kesetimbangan isoterm adsorpsi.
Adsorpsi dapat terjadi di permukaan adsorben padat, di dalam makropori dan mesopori, namun luas
permukaaan ( surface area) adsorben padat sangat kecil sekali bila dibandingkan luas permukaan mikropori di
mana sejumlah material teradsorpsi (internal surface area), sehingga ini biasanya diabaikan. Ketika laju adsorpsi
sama dengan laju desorpsi maka kesetimbangan telah tercapai dan kapasitas adsorben dapat diketahui. Secara
teori, kapasitas penjerapan suatu adsorben terhadap kontaminan dapat dihitung dengan menerapkan adsorpsi
isoterm (Metcalf dan Eddy, 2003).
Keberhasilan proses adsorpsi padat – cair tergantung pada performa adsorben yang digunakan, baik
dalam hal kesetimbangan maupun kinetikanya. Adsorben dengan kapasitas yang tinggi (porous) tetapi memiliki
afinitas yang rendah akan menjerap molekul cairan yang rendah, karena molekul cairan membutuhkan waktu yang
lama untuk mencapai permukaan padatan. Sementara adsorben dengan afinitas yang tinggi tetapi pori – pori
sedikit hanya mampu menjerap molekul cairan dalam jumlah sedikit, sehingga adsorpsi kurang sempurna (Laksito,
2008).
Jumlah adsorbat yang dapat terjerap oleh absorben merupakan fungsi dari karakteristik & konsentrasi
adsorbat serta temperatur. Karakteristik adsorbat seperti kelarutan, struktur molekul, berat molekul, polaritas dan
hydrocarbon saturation merupakan hal yang penting. Pada umumnya, jumlah bahan yang teradsorpsi dapat
dihitung sebagai fungsi dari konsentrasi pada temperatur konstan, dan fungsi ini dikenal sebagai Adsorption
Isoterm (Metcalf dan Eddy, 2003).
Penelitian ini mengambil lima model kesetimbangan adsorpsi isoterm yaitu adsorpsi linier/Henry,
Freudlich, Langmuir, Brunauer–Emmett– Teller (BET) dan Chapman. Adsorpsi linier berlaku pada sistem larutan
yang sangat encer dan dinyatakan sebagai (Noll,dkk., 1992) :
= . (1)
Persamaan Freundlich berasumsi bahwa adsorpsi terjadi secara multilayer dan permukaan adsorben heterogen.
Persamaan isoterm Freundlich dinyatakan sebagai (Metcalf dan Eddy, 2003) :
= = (2)
Persamaan Langmuir berdasarkan asumsi bahwa adsorpsi terjadi secara monolayer, bersifat reversible dan
dinyatakan sebagai (Metcalf dan Eddy, 2003) :
= = 1 +(3)
Isoterm BET berlaku pada sistem adsorpsi multilayer dan dirumuskan sebagai berikut (Foo dan Hameed, 2010):
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2018 ISSN: 1979-911XYogyakarta, 15 September 2018
A-511
= ( − )[1 + ( − 1)( / )](4)
Persamaan ini menyatakan adsorpsi sangat kecil pada konsentrasi rendah namun adsorpsi akan meningkat dengan
semakin meningkatnya konsentrasi larutan, persamaan sigmoidal Chapman dinyatakan sebagai (Chatterjee,dkk.,
2010):
= ∝ 1 − . (5)
Kadar chromium yang teradsorpsi oleh zeolit pada saat setimbang dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut :
= . + − . (6)
2. METODE PENELITIAN
Metode Pengambilan Data
a. Penyiapan Zeolit
Penelitian ini menggunakan zeolit alam yang diambil dari daerah Nglipar Gunung Kidul. Zeolit dalam
bentuk serpihan ditumbuk halus sampai berbentuk serbuk dan diayak dengan ayakan Tyler sampai lolos ayakan
dalam range -35+50 mesh, -50+100 mesh, dan -100+170 mesh. Hasil ayakan zeolit dimasukkan ke dalam kantong
plastik dan disimpan di tempat yang kering dalam suhu kamar.
b. Preparasi Zeolit
Zeolit alam tidak dapat langsung digunakan karena pori-pori zeolit rapat sekali sehingga tidak dapat
dimasuki ion yang lain, oleh karena itu dilakukan proses preparasi. Preparasi zeolit alam dilakukan dengan
pemanasan/aktivasi sehingga molekul air dapat keluar untuk menciptakan rongga antarmolekul.
Pemanasan/aktivasi zeolit yang telah melalui ayakan berbagai mesh dilakukan dalam oven sekitar suhu 150°C.
c. Pembuatan Kurva Linieritas (Kurva Standar)
Larutan standar dibuat dari larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi ion logam chrom VI bervariasi : 0,5 ppm;
5 ppm; 10 ppm; 15 ppm. Pada masing-masing standar diukur absorbansinya dengan spektrofotometer. Larutan
standar dengan variasi konsentrasi tertentu diukur untuk dibuat kurva kalibrasi. Kurva kalibrasi yaitu kurva
hubungan antara konsentrasi dengan absorbansi.
d. Proses Adsorpsi
Percobaan pendahuluan sekaligus percobaan pertama adalah mengacu pada data penelitian yang
dilakukan oleh Wahidatun,K.W. (2014) yaitu persiapannya adalah pembuatan larutan ion logam chrom VI dalam
berbagai konsentrasi yaitu konsentrasi 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm, dan 70 ppm sebanyak 4 buah larutan. Masing-
masing larutan tersebut ditambahkan dengan zeolit sebanyak 40 gram dengan ukuran butiran -100+170 mesh dan
diaduk dengan stirer selama 30 menit, kemudian disaring dengan kertas saring whatman dan filtrat yang diperoleh
diukur dengan Spektrofotometer Genesys 20. Hasil pengukuran ini dikalibrasi dengan kurva standar sehingga
didapat data Ce yaitu jumlah ion logam chrom VI pada saat setimbang (mg/L).
Percobaan berikutnya dilakukan dengan menambahkan ke masing-masing larutan, zeolit 40 gram dengan
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2018 ISSN: 1979-911XYogyakarta, 15 September 2018
A-512
ukuran butiran -50+100 mesh, dan percobaan selanjutnya zeolit dengan ukuran butiran -35+50 mesh.
e. Pengukuran Ion Logam Chrom VI yang Terjerap
Pengukuran konsentrasi ion logam chrom VI yang teradsorpsi oleh zeolit dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (6).
Model dan Analisis Data
Model yang dipakai dalam penelitian ini adalah model kesetimbangan adsorpsi isotherm yang meliputi