modifikasi tg sbg adsorben pb
DESCRIPTION
jurnal tentang bioadsorbsiTRANSCRIPT
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2008
ABSTRAK
SARI SULISTYAWATI Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUCHAMMAD SRI SAENI
Logam berat yang dihasilkan dari beberapa proses industri banyak menimbulkan masalah lingkungan Upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya metode fisikokimia tetapi metode ini tidak efektif pada konsentrasi logam 1-100 ppm Beberapa produk samping pertanian berpotensi sebagai adsorben salah satunya adalah tongkol jagung Pada penelitian ini tongkol jagung yang digunakan sebagai adsorben Pb(II) telah dimodifikasi dengan asam nitrat 06M dan impregnasi NaOH 01N Parameter yang diujikan adalah waktu kontak bobot adsorben konsentrasi awal logam dan pH Kondisi optimum yang diperoleh untuk adsorben tanpa modifikasi pada parameter adalah 120 menit 050 g 15 ppm dan pH 500 Kondisi optimum untuk adsorben modifikasi ialah 120 menit 025 g 15 ppm dan pH 550 Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding kapasitas adsorpsi memiliki kondisi optimum sebagai berikut 150 menit 025 g 15 ppm dan pH 600 Pada pengujian larutan tunggal kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif berturut-turut sebesar 136211 227460 dan 290807 microgg adsorben Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh ketiga jenis adsorben pada limbah industri aki berturut-turut ialah 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir dengan linearitas gt90
ABSTRACT
SARI SULISTYAWATI Corncob Modification as Pb(II) Heavy Metal Adsorbent Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUCHAMMAD SRI SAENI
Heavy metals contamination from industrial process causes environment problem Several efforts to surmount heavy metal pollution is by physical-chemical method but this method uneffective at concentration 1-100 ppm Some agriculture waste biomass can be used as adsorbent such as corncob In this research corncob modification with nitric acid 06M and impregnation with NaOH 01N were used to remove Pb(II) Adsorption was carried out with variations of contact time adsorbent weight initial concentration and pH The optimum contact time adsorbent weight initial concentration and pH for unmodified adsorbent were 120 minutes 050 g 15 ppm and pH 500 respectively On the other hand for base-impregnated acid modified adsorbent were 120 minutes 025 g 15 ppm dan pH 550 The results were compared with metal ion adsorption by commercial activated carbon The optimum condition for activated carbon was at 150 minutes 025 g 15 ppm dan pH 600 Lead(II) adsorption capacity by unmodified adsorbent base-impregnated acid modified adsorbent and activated carbon in single solution were 136211 227460 and 290807 microgg adsorbent respectively Application of three kinds of adsorbent toward electroplating industrial waste showed an adsorption capacity of 2173 12171 and 48511 microgg adsorbent respectively Isotherm type for all kinds of adsorbent followed Langmuir isotherm with high linearity (gt90)
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2008
Judul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) Nama Sari Sulistyawati NIM G44203023
Menyetujui
Pembimbing I Pembimbing II
Betty Marita Soebrata SSi MSi Prof Dr Ir MS Saeni MS NIP 131 694 523 NIP 130 256 339
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr drh Hasim DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahimhellip Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) yang dilaksanakan pada bulan November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan IPB
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita SSi MSi dan (alm) Bapak Prof Dr Ir Muhamad Sri Saeni MS selaku pembimbing yang telah memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada Ayah Ibu Dwi dan Priya atas doa dan dukungannya Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB Ibu Ai Bapak Nano Bapak Mail Bapak Eman Bapak Didi Bapak Syawal dan Mas Heri atas bantuannya Saya haturkan banyak terima kasih kepada Nova Lia Dany Kak Angga Kak Fahrizal dan Kak Budi atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian
Akhir kata penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca Amin
Bogor April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI)
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB Periode kepengurusan 20032004 dan 20042005 penulis menjadi staf di Departemen Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Kimia Fisik Layanan dan Kimia Lingkungan pada periode 20062007 Selain itu penulis juga aktif mengikuti seminar-seminar baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
ABSTRAK
SARI SULISTYAWATI Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUCHAMMAD SRI SAENI
Logam berat yang dihasilkan dari beberapa proses industri banyak menimbulkan masalah lingkungan Upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya metode fisikokimia tetapi metode ini tidak efektif pada konsentrasi logam 1-100 ppm Beberapa produk samping pertanian berpotensi sebagai adsorben salah satunya adalah tongkol jagung Pada penelitian ini tongkol jagung yang digunakan sebagai adsorben Pb(II) telah dimodifikasi dengan asam nitrat 06M dan impregnasi NaOH 01N Parameter yang diujikan adalah waktu kontak bobot adsorben konsentrasi awal logam dan pH Kondisi optimum yang diperoleh untuk adsorben tanpa modifikasi pada parameter adalah 120 menit 050 g 15 ppm dan pH 500 Kondisi optimum untuk adsorben modifikasi ialah 120 menit 025 g 15 ppm dan pH 550 Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding kapasitas adsorpsi memiliki kondisi optimum sebagai berikut 150 menit 025 g 15 ppm dan pH 600 Pada pengujian larutan tunggal kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif berturut-turut sebesar 136211 227460 dan 290807 microgg adsorben Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh ketiga jenis adsorben pada limbah industri aki berturut-turut ialah 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir dengan linearitas gt90
ABSTRACT
SARI SULISTYAWATI Corncob Modification as Pb(II) Heavy Metal Adsorbent Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUCHAMMAD SRI SAENI
Heavy metals contamination from industrial process causes environment problem Several efforts to surmount heavy metal pollution is by physical-chemical method but this method uneffective at concentration 1-100 ppm Some agriculture waste biomass can be used as adsorbent such as corncob In this research corncob modification with nitric acid 06M and impregnation with NaOH 01N were used to remove Pb(II) Adsorption was carried out with variations of contact time adsorbent weight initial concentration and pH The optimum contact time adsorbent weight initial concentration and pH for unmodified adsorbent were 120 minutes 050 g 15 ppm and pH 500 respectively On the other hand for base-impregnated acid modified adsorbent were 120 minutes 025 g 15 ppm dan pH 550 The results were compared with metal ion adsorption by commercial activated carbon The optimum condition for activated carbon was at 150 minutes 025 g 15 ppm dan pH 600 Lead(II) adsorption capacity by unmodified adsorbent base-impregnated acid modified adsorbent and activated carbon in single solution were 136211 227460 and 290807 microgg adsorbent respectively Application of three kinds of adsorbent toward electroplating industrial waste showed an adsorption capacity of 2173 12171 and 48511 microgg adsorbent respectively Isotherm type for all kinds of adsorbent followed Langmuir isotherm with high linearity (gt90)
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2008
Judul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) Nama Sari Sulistyawati NIM G44203023
Menyetujui
Pembimbing I Pembimbing II
Betty Marita Soebrata SSi MSi Prof Dr Ir MS Saeni MS NIP 131 694 523 NIP 130 256 339
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr drh Hasim DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahimhellip Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) yang dilaksanakan pada bulan November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan IPB
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita SSi MSi dan (alm) Bapak Prof Dr Ir Muhamad Sri Saeni MS selaku pembimbing yang telah memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada Ayah Ibu Dwi dan Priya atas doa dan dukungannya Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB Ibu Ai Bapak Nano Bapak Mail Bapak Eman Bapak Didi Bapak Syawal dan Mas Heri atas bantuannya Saya haturkan banyak terima kasih kepada Nova Lia Dany Kak Angga Kak Fahrizal dan Kak Budi atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian
Akhir kata penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca Amin
Bogor April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI)
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB Periode kepengurusan 20032004 dan 20042005 penulis menjadi staf di Departemen Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Kimia Fisik Layanan dan Kimia Lingkungan pada periode 20062007 Selain itu penulis juga aktif mengikuti seminar-seminar baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT Pb(II)
SARI SULISTYAWATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2008
Judul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) Nama Sari Sulistyawati NIM G44203023
Menyetujui
Pembimbing I Pembimbing II
Betty Marita Soebrata SSi MSi Prof Dr Ir MS Saeni MS NIP 131 694 523 NIP 130 256 339
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr drh Hasim DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahimhellip Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) yang dilaksanakan pada bulan November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan IPB
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita SSi MSi dan (alm) Bapak Prof Dr Ir Muhamad Sri Saeni MS selaku pembimbing yang telah memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada Ayah Ibu Dwi dan Priya atas doa dan dukungannya Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB Ibu Ai Bapak Nano Bapak Mail Bapak Eman Bapak Didi Bapak Syawal dan Mas Heri atas bantuannya Saya haturkan banyak terima kasih kepada Nova Lia Dany Kak Angga Kak Fahrizal dan Kak Budi atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian
Akhir kata penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca Amin
Bogor April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI)
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB Periode kepengurusan 20032004 dan 20042005 penulis menjadi staf di Departemen Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Kimia Fisik Layanan dan Kimia Lingkungan pada periode 20062007 Selain itu penulis juga aktif mengikuti seminar-seminar baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
Judul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) Nama Sari Sulistyawati NIM G44203023
Menyetujui
Pembimbing I Pembimbing II
Betty Marita Soebrata SSi MSi Prof Dr Ir MS Saeni MS NIP 131 694 523 NIP 130 256 339
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr drh Hasim DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahimhellip Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) yang dilaksanakan pada bulan November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan IPB
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita SSi MSi dan (alm) Bapak Prof Dr Ir Muhamad Sri Saeni MS selaku pembimbing yang telah memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada Ayah Ibu Dwi dan Priya atas doa dan dukungannya Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB Ibu Ai Bapak Nano Bapak Mail Bapak Eman Bapak Didi Bapak Syawal dan Mas Heri atas bantuannya Saya haturkan banyak terima kasih kepada Nova Lia Dany Kak Angga Kak Fahrizal dan Kak Budi atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian
Akhir kata penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca Amin
Bogor April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI)
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB Periode kepengurusan 20032004 dan 20042005 penulis menjadi staf di Departemen Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Kimia Fisik Layanan dan Kimia Lingkungan pada periode 20062007 Selain itu penulis juga aktif mengikuti seminar-seminar baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahimhellip Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini Karya ilmiah ini berjudul Modifikasi Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II) yang dilaksanakan pada bulan November 2007 sampai dengan April 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan IPB
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita SSi MSi dan (alm) Bapak Prof Dr Ir Muhamad Sri Saeni MS selaku pembimbing yang telah memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada Ayah Ibu Dwi dan Priya atas doa dan dukungannya Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada staf Departemen Kimia IPB Ibu Ai Bapak Nano Bapak Mail Bapak Eman Bapak Didi Bapak Syawal dan Mas Heri atas bantuannya Saya haturkan banyak terima kasih kepada Nova Lia Dany Kak Angga Kak Fahrizal dan Kak Budi atas kerja samanya dan kebaikannya selama ini Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Nanda atas kebersamaan dan semangat selama menjalankan penelitian
Akhir kata penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca Amin
Bogor April 2008
Sari Sulistyawati
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI)
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB Periode kepengurusan 20032004 dan 20042005 penulis menjadi staf di Departemen Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Kimia Fisik Layanan dan Kimia Lingkungan pada periode 20062007 Selain itu penulis juga aktif mengikuti seminar-seminar baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 3 Oktober 1985 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara putra dari pasangan Sumarta dan Sugimah
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI)
Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB Periode kepengurusan 20032004 dan 20042005 penulis menjadi staf di Departemen Olahraga dan Departemen Informasi Komunikasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar Kimia Fisik Layanan dan Kimia Lingkungan pada periode 20062007 Selain itu penulis juga aktif mengikuti seminar-seminar baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
TINJAUAN PUSTAKA Jagung 1 Selulosa 1 Adsorpsi 2 Modifikasi Adsorben 2 Isoterm Adsorpsi Freundlich 2
Isoterm Adsorpsi Langmuir 3 Timbel (Pb) 3 Arang Aktif 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat 3 Metode Penelitian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Tongkol Jagung 5 Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi 5 Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi 6 Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi 7 Kondisi Optimum Arang Aktif 8 Adsorpsi Larutan Tunggal 9 Adsorpsi Limbah Industri Aki 10 Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi jagung 1
2 Kondisi optimum ATM AM dan AA 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Rumus Haworth selulosa 2
2 Adsorben tanpa modifikasi (a) adsorben modifikasi (b) dan arang aktif (c) 5
3 Waktu adsorpsi optimum logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
4 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 6
5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 7
7 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh adsorben modifikasi 7
8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
9 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
10 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 8
11 Waktu adsorpsi optimum ion Pb(II) oleh arang aktif 8
12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas jerapan Pb(II) oleh arang aktif 9
13 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
14 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas logam Pb(II) oleh arang aktif 9
15 Adsorpsi logam Pb(II) pada larutan tunggal oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
16 Adsorpsi logam Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif 10
17 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
18 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 11
19 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
20 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 11
21 Isoterm Langmuir adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
22 Isoterm Freundlich adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian 15
2 Kadar air tongkol jagung 16
3 Kapasitas adsorpsi adsorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 16
4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
5 Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
6 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) 17
7 Pengujian adsorpsi adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum 18
8 Pengujian adsorben (adsorben tanpa modifikasi adsorben modifikasi dan arang aktif) terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum 18
9 Komposisi limbah aki 18
10 Reaksi pengolahan aki 18
11 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi 19
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi 19
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan salah satu masalah besar dunia Peningkatan kadar logam berat menyebabkan keracunan pada tanah udara dan air Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap kontaminasi tersebut Berbagai usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat ini di antaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia osmosis balik dan pertukaran ion (Suhendrayatna 2001) Akan tetapi metode tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak efektif pada konsentrasi larutan ion logam 1100 ppm Metode lain yang dapat digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben seperti arang aktif dan zeolit Kumar (2006) menyatakan bahwa beberapa hasil samping pertanian seperti gabah padi dan kulit kacang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben Cr(VI) Selain itu Igwe dan Abia (2006) menunjukkan kulit jeruk dan tangkai bunga matahari dapat menjerap logam Cu(II) Untuk itu diharapkan muncul adsorben alternatif yang mampu bersaing dengan adsorben komersial seperti arang aktif
Jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian Produksi jagung di Indonesia setiap tahunnya menunjukkan peningkatan Pada tahun 2004 sebesar 1122 juta ton tahun 2005 meningkat menjadi 1252 juta ton tahun 2006 mencapai 1213 juta ton dan diperkirakan pada tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton (BPS 2007) Tingkat konsumsi jagung pada tahun 2006 sekitar 35 juta ton sedangkan tahun 2007 mencapai 41 juta ton
Penelitian oleh Rajawane (2008) memperlihatkan bahwa kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 72490 microgg adsorben Hal ini diperkuat dengan penelitian Fahrizal (2008) yang menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada tongkol jagung mampu menjerap biru metilena dari limbah tekstil dengan kapasitas adsorpsi 51807 microgg adsorben Pada penelitian tersebut digunakan asam nitrat untuk mengaktivasi selulosa dan natrium hidroksida untuk impregnasi Hasil-hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah pertanian yang mengandung selulosa seperti tongkol jagung dapat diolah lebih lanjut
sebagai adsorben dan diharapkan mampu meningkatkan nilai tambahnya
Penelitian ini bertujuan memodifikasi tongkol jagung dengan larutan asam nitrat dan memanfaatkannya sebagai adsorben Uji kapasitas adsorpsi dari tongkol jagung tersebut dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah industri aki
TINJAUAN PUSTAKA
Jagung
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi Selain sebagai sumber karbohidrat jagung juga digunakan sebagai pakan ternak diolah menjadi minyak tepung (dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena) furfural bioetanol dan bahan baku industri
Tongkol jagung kaya akan pentosa yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural Furfural banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri pengolahan minyak bumi pembuatan pelumas dan pembuatan nilon
Tongkol jagung sebagian besar tersusun oleh selulosa (41) hemiselulosa (36) lignin (6) dan senyawa lain yang umum terdapat dalam tumbuhan (Tabel 1) Aktivasi terhadap adsorben mengarah pada aktivasi gugus hidroksil pada selulosa sehingga kemampuannya menjerap zat warna maupun ion logam meningkat (Igwe et al 2005)
Tabel 1 Komposisi tongkol jagung
Komponen Air 96 Abu 15 Hemiselulosa 360 Selulosa 410 Lignin 60 Pektin 30 Pati 0014
Sumber Lorenz amp Kulp (1991)
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama
yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur tanaman Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-glukopiranosa melalui ikatan glikosidik β (14) Selulosa banyak terdapat pada dinding sel dan berfungsi untuk menjaga struktur sel
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
2
tersebut Ikatan glikosidik β(14) pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa Ikatan ini tidak dapat dihidrolisis oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam pencernaan manusia Rumus Haworth selulosa dapat dilihat pada Gambar 2
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O O
OH
OH
CH2OH
n
Gambar 1 Rumus Haworth selulosa
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan Partikel yang terakumulasi dan dijerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben atau substrat (Atkins 1999)
Proses adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu adsorpsi kimia (kimisorpsi) dan fisika (fisisorpsi) Pada adsorpsi kimia suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia Sementara itu dalam adsorpsi fisika adsorbat menempel pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah
Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan ukuran partikel dan komposisi kimia Semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu sehingga akan semakin banyak zat yang diadsorpsi Faktor lainnya adalah sifat fisis dan kimia adsorbat seperti ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999)
Modifikasi Adsorben
Kapasitas adsorpsi adsorben dapat
ditingkatkan dengan modifikasi bahan oleh larutan asam atau basa atau dapat juga oleh perlakuan fisik seperti pemanasan (Marshall amp Mitchell 1996) Modifikasi dengan larutan asam paling umum digunakan dan terbukti efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi (Gufta 1998) Larutan asam yang sering digunakan antara lain asam nitrat asam
klorida dan asam fosfat Pada penelitian ini digunakan asam nitrat Hal ini berdasarkan penelitian Dewi (2005) yang menyatakan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong dengan asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan modifikasi oleh asam fosfat
Isoterm Adsorpsi
Hubungan kesetimbangan antara potensial
kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova amp Antova 2002)
Isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada tiga macam yaitu isoterm Freundlich Langmuir dan Brenauer-Emmet-Teller (BET) Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty amp Silbey 1992) Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu
permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova amp Antova 2002) Model isoterm ini menganggap bahwa pada semua tapak aktif permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah tercapainya adsorpsi pada kesetimbangan Hanya ada beberapa tapak aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004)
Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut
nCkm
x 1= (1)
Persamaan dalam bentuk logaritma
Cn
km
xlog
1loglog += (2)
dengan
m
x = jumlah adsorbat terjerap per satuan
bobot adsorben (microgg adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
3
adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)
k n = konstanta empiris Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi
bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999) Menurut Ribeiro et al (2005) isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan Dengan kata lain permukaan adsorpsi digambarkan homogen
Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut
C
C
m
x
ββα
+=
1 (3)
Konstanta α β dapat ditentukan dari kurva
hubungan mx
C
terhadap C dengan persamaan
Cmx
C
αβα11
+= (4)
Timbel (Pb)
Timbel atau dikenal sebagai logam Pb
dalam susunan unsur berkala merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami Unsur Pb dengan nomor atom 82 bobot atom 2072 gmol dan densitas 114 gcm3 merupakan logam yang sangat beracun yang dapat dideteksi hampir pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem hayati
Timbel yang terhirup atau tertelan oleh manusia dan masuk ke dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah diserap kembali di dalam ginjal dan otak dan disimpan di dalam tulang dan gigi Manusia menyerap timbel melalui udara debu air dan makanan
Sumber utama timbel berasal dari turunan gugus alkil yang digunakan sebagai bahan aditif bensin Timbel secara tidak sengaja juga terdapat pada makanan dan minuman Dalam air minum timbel dapat berasal dari kontaminasi pipa solder dan keran air Komponen ini beracun terhadap seluruh segi
kehidupan Sifat racunnya dapat merusak sistem saraf sistem reproduksi hati otak dan memengaruhi kerja ginjal (Saeni 1989) Toleransi konsumsi mingguan unsur ini yang direkomendasikan oleh WHO bagi orang dewasa dan untuk bayi atau anak-anak adalah 50 dan 25 microgkg bobot badan Mobilitas timbel di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normal pada tumbuhan berkisar 053 ppm (Suhendrayatna 2001)
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon dengan
struktur amorf atau mikrokristalin yang dengan perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar Struktur amorf tersebut terdiri dari pelat-pelat datar disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu tapak heksagon (Djatmiko et al 1985) Pori-pori dalam arang biasanya diisi oleh tar hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari fixed carbon abu air serta senyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur (Ketaren 1986)
Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon Sumber bahan baku yang dapat digunakan antara lain kayu ampas tebu tempurung kelapa tongkol jagung tulang dan batu bara Suhu aktivasi pada arang berkisar 300900 degC bergantung pada cara pengaktifannya Aktivasi arang dapat juga dilakukan pada suhu 1000 degC dengan cara kimiawi Ukuran pori dari arang aktif dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu makro meso dan mikro Makropori memiliki ukuran diameter pori sebesar 1000100 000 Ǻ mesopori memiliki diameter 1001000 Ǻ dan mikropori memiliki diameter kurang dari 100 Ǻ Luas permukaan arang aktif pada umumnya berkisar dari 8503000 m2g (Djatmiko et al 1985)
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah tongkol jagung usia 92 hari yang berasal dari Cisarua HCl 01N NaOH 01N HNO3 06N Pb(NO3)2 20 ppm dan air deionisasi
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z-5000 pH meter D-51 Horiba neraca analitik Kern ALJ 220-4 shaker Heidolph
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
4
Titramax 101 oven eksikator hot plate Nuova Thermolyne ayakan ukuran 100 mesh dan peralatan kaca
Metode
Tongkol jagung setelah melalui tahap
preparasi kemudian dimodifikasi dengan menggunakan asam nitrat dan impregnasi natrium hidroksida Kondisi optimum ditentukan sebelum adsorpsi pada larutan tunggal dan limbah industri Diagram alir penelitian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1
Preparasi Tongkol Jagung
Tongkol jagung dicuci dengan air
mengalir dan air deionisasi sampai bersih setelah itu dikeringudarakan dalam oven digiling sampai kira-kira berukuran 100 mesh (Horsfall et al 2003) Serbuk tongkol jagung ini selanjutnya disebut adsorben tanpa modifikasi Penentuan Kadar Air Tongkol Jagung
Tongkol jagung yang telah dicuci ditimbang sebanyak 1 g Setelah itu ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan di dalam oven dan telah diketahui bobot tetapnya Cawan petri berisi sampel lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan Setelah dingin disimpan dalam eksikator lalu ditimbang Pengeringan dilakukan beberapa kali selama plusmn 30 menit sampai diperoleh bobot tetap Analisis dilakukan sebanyak tiga ulangan Kadar air dihitung sebagai berikut
Kadar air = 100timesminusc
ba (5)
dengan a = bobot sampel dan cawan petri sebelum
dikeringkan (g) b = bobot sampel dan cawan petri sesudah dikeringkan (g) c = bobot sampel sebelum dikeringkan (g) Pembuatan Larutan Logam
Larutan standar logam Pb2+ 20 ppm dibuat dengan cara melarutkan 3128 mg Pb(NO3)2
dalam air deionisasi dan diencerkan hingga satu liter
Modifikasi Asam Nitrat
Sebanyak 100 g adsorben tanpa modifikasi dimasukkan dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 660 ml asam nitrat 06N Campuran dikocok sambil dipanaskan pada suhu 40 oC selama 3 jam kemudian disaring Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam kemudian suhu dinaikkan menjadi 180 oC lalu didinginkan Setelah itu direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan kembali dikeringkan pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Hasil ini selanjutnya disebut adsorben termodifikasi asam nitrat Impregnasi NaOH
Sampel adsorben termodifikasi asam nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 4 L lalu ditambahkan 2 L NaOH 01N Campuran dikocok selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80 oC kemudian disaring dan filtratnya dibuang Setelah itu residu dicuci dengan menggunakan air deionisasi sebanyak dua kali untuk menghilangkan kelebihan basa sebelum dikeringkan dalam oven pada suhu 50 oC selama 24 jam (Marshall et al 1999) Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben modifikasi Penentuan Kondisi Optimum
Waktu Adsorpsi
Sebanyak 1 g adsorben dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam dengan konsentrasi 15 ppm kemudian suspensi dikocok dengan shaker Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30 60 90 dan 120 menit Waktu optimum ditentukan dengan menghitung kapasitas adsorpsi maksimum untuk ketiga jenis adsorben yaitu adsorben tanpa modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan
( )m
CCVQ ao minus
= (6)
dengan Q = kapasitas adsorpsi per bobot
adsorben (microgg adsorben) V = volume larutan (ml) Co = konsentrasi awal larutan (ppm) Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa adsorben (g)
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
5
Bobot Adsorben
Ragam bobot adsorben yang digunakan adalah 025 050 075 dan 10 g Masing-masing dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam 15 ppm kemudian dikocok dengan shaker Adsorpsi ini dilakukan pada waktu optimum
Konsentrasi Awal Logam
Bobot optimum adsorben yang diperoleh dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Kemudian larutan dikocok dengan shaker selama waktu optimum Ragam konsentrasi logam yang digunakan adalah 50 100 dan 150 ppm pH
Bobot optimum adsorben yang diperoleh ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 50 ml larutan logam dengan konsentrasi optimum pada pH 50 55 60 dan 65 Campuran dikocok selama waktu optimum adsorpsi kemudian disaring dan diukur
Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben Tanpa Modifikasi Modifikasi dan Arang Aktif
Adsorben tanpa modifikasi dengan
modifikasi dan arang aktif diujikan dalam larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk pada kondisi optimum setiap adsorben Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi untuk Pb(II) ditentukan
untuk setiap adsorben pada suhu ruang waktu optimum bobot optimum dan pH optimum Sebanyak 50 ml larutan tunggal Pb(II) pada beberapa konsentrasi yaitu 1 5 10 25 50 dan 100 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 ml Kemudian ditambahkan adsorben dan larutan dikocok dengan menggunakan shaker Larutan disaring dengan menggunakan kertas saring Filtratnya kemudian dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom (SSA) Blangko juga disiapkan dan dianalisis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Tongkol Jagung
Limbah tongkol jagung hasil panen dibersihkan dengan air mengalir dan air deionisasi Tujuannya ialah untuk mengurangi kotoran yang melekat dan ion-ion pengganggu Adsorben yang dihasilkan dari tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 3a dan 3b Sebagai pembanding kapasitas adsorpsi (Q) digunakan arang aktif yang telah dikenal sebagai adsorben komersial (Gambar 3c)
(a) (b)
(c)
Gambar 2 Adsorben tanpa modifikasi (a)
dengan modifikasi (b) dan arang aktif (c)
Ukuran 100 mesh dipilih berdasarkan hasil
penelitian Sunarya (2005) karena memberikan kapasitas adsorpsi yang tinggi Ukuran partikel adsorben adalah salah satu faktor yang memengaruhi adsorpsi Pada metode tumpak ukuran butir adsorben yang semakin kecil akan meningkatkan luas permukaan (Demirbas et al 2004)
Kadar air rerata yang diperoleh adalah 971 (Lampiran 2) Menurut Lorenz dan Kulp (1991) tongkol jagung memiliki kadar air sebesar 960 Kandungan air yang terlalu tinggi berpengaruh terhadap penurunan mutu adsorben tongkol jagung selama penyimpanan Tempat penyimpanan yang kering dan terlindung dari kontak udara langsung dapat menghindari penggumpalan dan menjaga kelembapan adsorben sehingga jamur tidak dapat tumbuh Kadar air yang terdapat dalam adsorben tongkol jagung dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara lamanya proses penjemuran penggilingan dan pengayakan
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
6
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Parameter yang digunakan untuk
menentukan kondisi optimum adalah waktu adsorpsi bobot adsorben konsentrasi logam yang dijerap dan pH adsorbat Setiap adsorben memiliki karakteristik yang berbeda dalam proses adsorpsi sehingga kondisi yang dibutuhkan untuk adsorpsi juga berbeda Kondisi optimum ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi (Q) tertinggi dari masing-masing parameter Raghuvanshi et al (2004) menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan waktu sampai pada titik tertentu kemudian mengalami penurunan setelah melewati titik tersebut Barros et al (2003) menyatakan bahwa peningkatan bobot adsorben akan menyediakan tapak aktif yang lebih besar sehingga meningkatkan persentase penjerapan Notodarmojo (2004) menyatakan bahwa kondisi pH memengaruhi sifat elektrokimia larutan adsorbat Untuk adsorpsi kation umumnya pH tinggi akan meningkatkan daya sorpsi
Kapasitas adsorpsi juga akan meningkat seiring dengan konsentrasi adsorbat Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan bertambah sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben Interaksi yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi sehingga adsorbat yang terjerap semakin besar (Barros et al 2003)
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa
Modifikasi Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi mengalami kenaikan sampai mencapai maksimum pada menit ke-120 yaitu sebesar 67140 microgg adsorben (Lampiran 3) Setelah melewati 120 menit kapasitas adsorpsi menurun Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4 Menurunnya kapasitas adsorpsi setelah mencapai nilai maksimum dimungkinkan karena proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama pengocokan Desorpsi terjadi akibat permukaan adsorben yang telah jenuh Pada keadaan jenuh laju adsorpsi menjadi berkurang (Mulyana et al 2003)
65668 66047
67140
63596
61000
62000
63000
6400065000
66000
67000
68000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dso
rben
)
Gambar 3 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5 Adsorpsi maksimum terjadi saat bobot adsorben 050 gram dengan kapasitas adsorpsi sebesar 145369 microgg adsorben (Lampiran 4) Penurunan kapasitas adsorpsi terjadi setelah titik tersebut Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan akan lebih lama Oleh sebab itu kapasitas adsorpsi semakin rendah dengan meningkatnya bobot adsorben (Demirbas et al 2004)
103478
145369
96624
69459
000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
025 050 076 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 4 Pengaruh bobot terhadap
kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Konsentrasi logam dan pH optimum yang
diperoleh adalah 15 ppm dan 500 Besarnya kapasitas adsorpsi untuk masing-masing parameter tersebut berturut-turut adalah 146888 dan 140814 microgg adsorben (Lampiran 5 dan 6) Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada selang konsentrasi yang diberikan kapasitas adsorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi awal logam Pb(II)
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
7
49307
98986
146888
000
50000
100000
150000
200000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 5 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi
Kenaikan kapasitas adsorpsi mengindikasikan jumlah logam Pb(II) yang terjerap pada tapak aktif semakin besar Konsentrasi yang tinggi akan meningkatkan jumlah Pb(II) dalam larutan sehingga semakin besar besar kemungkinannya akan terjerap Pada penelitian ini konsentrasi 15 ppm belum dapat dikatakan sebagai konsentrasi optimum karena kapasitas adsorpsi yang lebih besar masih mungkin diperoleh pada konsentrasi yang lebih tinggi Hal ini diperkuat dengan hasil penelitian Rajawane (2008) yang menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh kulit buah kakao yang masih terus meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi logam sampai 35 ppm
Kondisi pH yang semakin tinggi menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi Hal ini diperlihatkan pada Gambar 7 pH yang tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH sehingga membentuk endapan Pb(OH)2 Endapan ini akan menghalangi proses adsorpsi yang berlangsung Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pH optimum dicapai pada 500
140814
138392
135734
133290
128000130000132000134000
136000138000140000142000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi
Modifikasi adsorben dengan menggunakan
asam nitrat telah banyak dilakukan (Utomo amp Hunter 2006) Hasil penelitian Dewi (2005) menunjukkan bahwa modifikasi selulosa pada kulit singkong oleh asam nitrat memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan asam fosfat
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi dapat dilihat pada Gambar 8 Kapasitas adsorpsi terus mengalami kenaikan hingga 71369 microgg adsorben pada menit ke-120 (Lampiran 3) kemudian turun pada menit ke-150 Waktu kontak antara adsorbat dan adsorben yang melebihi waktu optimum dapat menyebabkan desorpsi (Notodarmojo 2004) Atkins (1999) mendefinisikan desorpsi sebagai pelepasan adsorbat dari permukaan adsorben Fenomena ini terjadi akibat jenuhnya permukaan adsorben sehingga molekul adsorbat yang telah terjerap kembali ke dalam larutan
7036270858
71369
68008
66000
67000
68000
69000
70000
71000
72000
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g
adso
rben
)
Gambar 7 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Ketersediaan tapak aktif diperbesar dengan
penambahan bobot adsorben tetapi peningkatan tapak aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Kondisi ini terjadi jika waktu dan konsentrasi adsorbat dibuat tetap Hal ini dikarenakan tapak aktif dalam jumlah besar membutuhkan waktu kesetimbangan yang lebih lama Pada Gambar 9 terlihat bahwa bobot optimum adsorben modifikasi sebesar 025 g dengan kapasitas adsorpsi 275955 microgg adsorben Setelah melewati titik tersebut kapasitas adsorpsi menurun
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
8
275955
137734
9192068908
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 8 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Konsentrasi adsorbat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas adsorpsi hal ini ditunjukkan pada Gambar 10 Terjadi kenaikan bertahap sampai 276751 microgg adsorben pada konsentrasi 15 ppm (Lampiran 5) Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Amirullah (2006) dan Rajawane (2008) juga mengalami hal yang serupa Jika dibandingkan dengan adsorben tanpa modifikasi hasil ini menunjukkan bahwa perlakuan aktivasi pada adsorben modifikasi berhasil yang dibuktikan dengan adanya pergeseran kondisi optimum ke bobot yang lebih rendah dan kenaikan kapasitas adsorpsi pada kondisi tersebut
93903
188893
276751
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi logam Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh adsorben modifikasi
Adsorben dengan modifikasi asam bekerja
optimum pada suasana asam pH optimum diperoleh pada pH 550 dengan ragam pH 500-650 Kapasitas adsorpsi pada kondisi optimum tersebut sebesar 277933 microgg adsorben (Gambar 11)
240823277933
230795 220409
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 10 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Kondisi Optimum Arang Aktif
Arang aktif merupakan adsorben
komersial yang memiliki kemampuan menjerap berbagai jenis senyawa dan zat warna Proses adsorpsi pada arang aktif dianggap sebagai proses fisikokimia molekul atau ion-ion adsorbat terikat oleh permukaan partikel yang reaktif Selain itu materi ini memiliki pori-pori sehingga molekul adsorbat dapat terperangkap dalam pori tersebut
Gambar 12 menunjukkan pengaruh waktu adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif Berbeda dengan adsorben tanpa modifikasi dan dengan modifikasi kapasitas adsorpsi arang aktif terus meningkat sampai menit ke-150 tanpa memperlihatkan gejala desorspsi Kapasitas adsorpsi pada menit ke-150 diperoleh sebesar 72118 microgg adsorben lebih tinggi daripada kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi (67140 microgg adsorben Gambar 4) dan adsorben modifikasi (71369 microgg adsorben Gambar 8)
7085971034
71376
72118
70000
70500
71000
71500
72000
72500
60 90 120 150
t (menit)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 11 Waktu adsorpsi optimum
logam Pb(II)oleh arang aktif Arang aktif yang digunakan berasal dari
tulang dengan ukuran 300 mesh Luas permukaan akan semakin besar jika ukuran adsorben semakin kecil Luas permukaan yang besar meningkatkan ketersediaan tapak
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
9
aktif sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai waktu kesetimbangan lebih lama Hal ini menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kapasitas adsorpsi arang aktif terus mengalami peningkatan pada selang waktu yang diberikan
Seperti halnya adsorben modifikasi peningkatan bobot arang aktif berbanding terbalik dengan kapasitas adsorpsi (Lampiran 4) Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ialah 273000 microgg adsorben yang dicapai pada bobot 025 g
273000
138555
9642972263
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
025 050 075 100
bobot (g)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 12 Pengaruh bobot terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Kondisi yang terjadi pada penentuan bobot optimum serupa dengan penentuan waktu adsorpsi optimum Pada ragam konsentrasi adsorbat yang diberikan terus terjadi kenaikan (Lampiran 5) Kapasitas adsorpsi tertinggi diperoleh sebesar 293741 microgg adsorben yaitu pada konsentrasi Pb(II) 15 ppm (Gambar14)
290775 291080
293741
289000
290000
291000
292000
293000
294000
5 10 15
C (ppm)
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 13 Pengaruh konsentrasi logam
Pb(II) terhadap kapasitas adsorpsi oleh arang aktif
Adsorpsi kation oleh arang aktif juga dipengaruhi oleh pH (Lampiran 6) Pada Gambar 15 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan hingga titik optimum kemudian menurun setelah melewati titik tersebut pH optimum didapat pada pH 600
dengan kapasitas adsorpsi sebesar 267821 microgg adsorben Tabel 2 merangkum kondisi optimum dari masing-masing adsorben
260739
274773
287821 285768
240000
250000
260000
270000
280000
290000
500 550 600 650
pH
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 14 Pengaruh pH terhadap kapasitas
adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
Tabel 2 Kondisi optimum adsorben tanpa
modifikasi dengan modifikasi dan arang aktif
Parameter
Tan
pa
mod
ifika
si
Mod
ifika
si
Ara
ng a
ktif
Waktu adsorpsi (menit)
120 120 150
Bobot (g) 050 025 025 Konsentrasi logam (ppm)
15 15 15
pH 500 550 600
Adsorpsi Larutan Tunggal
Ketiga jenis adsorben kemudian diujikan
pada larutan tunggal Pb(II) dengan kondisi optimum masing-masing Gambar 16 menunjukkan hasil yang diperoleh Kapasitas adsorpsi adsorben modifikasi lebih tinggi dibanding adsorben tanpa modifikasi berturut-turut sebesar 227460 dan 136211 microgg adsorben Hasil ini membuktikan bahwa modifikasi asam pada adsorben dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi yang melampaui kedua jenis adsorben lainnya yaitu 290807 microgg adsorben (Lampiran 7) Pori-pori yang terdapat pada arang aktif memudahkan logam terjerap di dalamnya Hal ini juga tergantung pada ukuran molekul adsorbat jika ukurannya lebih kecil dibanding ukuran pori arang aktif maka molekul lebih mudah terjerap dalam pori arang aktif (Djatmiko et al 1985)
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
10
136211
227460
290807
000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ATM AM AA
Adsorben
Q (
microg lo
gam
g a
dsor
ben)
Gambar 15 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada larutan tunggal Pb(II)
Mekanisme adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif adalah sebagai berikut Pertama molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal) Sebagian adsorbat ada yang terjerap di permukaan luar tetapi sebagian besar lainnya terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal) Jika permukaan adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh dapat terjadi dua hal yaitu terbentuk lapisan adsorbat kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan gejala ini disebut adsorpsi multilapisan Sementara jika tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya adsorbat yang belum terjerap akan berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Cheremisinoff amp Moressi 1978 diacu dalam Rasjidin 2006)
Adsorpsi Limbah Industri Aki
Kemampuan adsorpsi adsorben tanpa
modifikasi modifikasi dan arang aktif juga diujicobakan pada limbah industri aki (Lampiran 8) Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi Pb(II) yang terdapat pada limbah industri aki adalah 40439 ppm (Lampiran 9) Gambar 16 memperlihatkan kenaikan kapasitas adsorpsi dari adsorben tanpa modifikasi ke adsorben modifikasi ke arang aktif yang berturut-turut 2173 12171 dan 48511 microgg adsorben
Komposisi adsorbat ternyata menurunkan adsorpsi zat atau senyawa yang ditinjau dalam hal ini Pb(II) Hal ini diduga terjadi karena adanya persaingan antara zat yang satu dan lainnya untuk mendapatkan tapak aktif (Notodarmojo 2004) Hasil percobaan juga membuktikan bahwa selain Pb(II) pada
limbah industri aki juga terdapat Cd(II) dan Fe(II) dengan konsentrasi berturut-turut 00976 ppm dan 19267 ppm (Lampiran 9) Kedua logam inilah yang diperkirakan bersaing dengan timbel untuk mendapatkan tapak aktif adsorben
Ukuran ion merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses adsorpsi Jari-jari ion Pb(II) Cd(II) dan Fe(II) berturut-turut adalah 121 Aring 097 Aring dan 075 Aring Jika mekanisme fisisorpsi juga berlangsung pada ketiga jenis adsorben molekul berukuran kecil akan lebih mudah terjerap pada pori-pori adsorben Jika dilihat dari ukuran ion maka Fe(II) dan Cd(II) akan lebih mudah terjerap dibandingkan dengan Pb(II)
2173
12171
48511
000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
ATM AM AA
AdsorbenQ
(microg
loga
mg
ads
orbe
n)
Gambar 16 Adsorpsi logam Pb(II) adsorben
tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada limbah industri aki
Isoterm Adsorpsi
Fenomena adsorpsi digambarkan melalui
suatu hubungan antara jumlah adsorbat yang terjerap per satuan bobot adsorben dan konsentrasi kesetimbangan Hubungan ini disebut sebagai isoterm adsorpsi Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat Isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi padat-cair (Atkins 1999)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan 19 yang berasal dari pengolahan data pada Lampiran 10 adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi memberikan linearitas 9626 untuk isoterm Langmuir dan 9141 untuk isoterm Freundlich Berdasarkan hasil tersebut diduga adsorpsi adsorben tanpa modifikasi mengikuti tipe isoterm Langmuir Pendekatan Langmuir mengasumsikan adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal permukaan adsorbat sama daya ikatnya tidak ada antaraksi lateral antarmolekul adsorbat dan molekul adsorbat yang teradsorpsi terlokalisasi artinya
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
11
molekul-molekul tersebut tidak bergerak pada permukaan
y = 44838x - 18307R2 = 09626
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
c (ppm)
xm
Gambar 17 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa modifikasi
y = 11133x + 05159R2 = 09141
-05
0
05
1
15
2
25
-05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 18 Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa
modifikasi
Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh adsorben
modifikasi yang ditunjukkan oleh Gambar 20 dan 21 juga menunjukkan kecocokan dengan isoterm Langmuir (Lampiran 11) 9538 jauh melebihi linearitas isoterm Freundlich Jadi molekul Pb(II) juga membentuk lapisan tunggal pada permukaan adsorben modifikasi
y = 69209x + 62841R2 = 09538
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15c (ppm)
xm
Gambar 19 Isoterm Langmuir adsorpsi Pb(II)
oleh adsorben modifikasi
y = 10269x + 09871R2 = 08924
-05
0
05
1
15
2
25
-1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 20 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh adsorben modifikasi
Adsorpsi oleh adsorben tanpa modifikasi dan adsorben modifikasi sejenis dengan adsorpsi oleh arang aktif Gambar 22 dan 23 yang diolah dari data pada Lampiran 12 memperlihatkan bahwa isoterm Langmuir memiliki linearitas 9871 sedangkan isoterm Freundlich hanya 9480 Ini berarti adsorben modifikasi berpeluang menggantikan arang aktif tetapi perlu dicari metode aktivasi yang lebih baik
y = 10612x + 3745R2 = 09871
0
20
40
60
80
100
0 5 10c (ppm)
xm
Gambar 21 Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
y = 09611x + 11398R2 = 0948
-05
0
05
1
15
2
25
-15 -1 -05 0 05 1 15
log c
log
xm
Gambar 22 Isoterm Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh arang aktif
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Modifikasi asam terhadap tongkol jagung terbukti mampu meningkatkan kapasitas adsorpsi Pb(II) Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben modifikasi pada larutan tunggal adalah 227460 microgg adsorben lebih besar dibandingkan adsorben tanpa modifikasi yaitu 136211 microgg adsorben sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh adsorben tanpa dan dengan modifikasi pada limbah industri aki masing-masing sebesar 2173 dan 12171 microgg adsorben Arang aktif yang digunakan sebagai pembanding memiliki kapasitas adsorpsi Pb(II) sebesar 290807 microgg adsorben untuk penjerapan larutan tunggal dan 48511 microgg adsorben untuk penjerapan limbah industri aki
Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga jenis adsorben adalah isoterm Langmuir Isoterm ini mengasumsikan molekul adsorbat yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan permukaan adsorbat adalah homogen (memiliki energi yang sama)
Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan
adalah pencirian lebih lanjut adsorben modifikasi asam dari tongkol jagung dengan Scanning electron microscopy (SEM) dan spektrofotometri infra merah Serta menentukan nilai entalpi dan energi aktivasi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi
DAFTAR PUSTAKA
Abia AA Asuquo ED 2006 Lead(II) and nickel(II) adsorption kinetics from aqueous metal solutions using chemically modified and unmodified agricultural adsorbents African J Biotechnol 51475-1482
Alberty RA Silbey RJ 1992 Physical
Chemistry Ed ke-1 New York J Wiley
Amirullah 2006 Biosorpsi biru metilena oleh
ganggang cokelat (Sargassum binderi) [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Atkins PW 1999 Kimia Fisika jilid II Kartohadiprodjo II penerjemah Rohhadyan T editor Oxford Oxford University Press Terjemahan dari Physical Chemistry
Barros JLM et al 2003 Biosorption of
cadmium using the fungus Aspergillus niger Braz J Chem Eng 201-17
BPS 2007 Statistik Pertanian Indonesia
Jakarta Biro Pusat Statistik Demirbas E Kobya M Senturk E Ozkan T
2004 Adsorption kinetics for the adsorbent of chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes Water SA 30533-540
Dewi IR 2005 Modifikasi asam kulit
singkong sebagai bioremoval Pb dan Cd [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Djatmiko B Ketaren S Setyahartini S 1985
Pengolahan Arang dan Kegunaannya Bogor Agro Industri Pr
Fahrizal 2008 Pemanfaatan tongkol jagung
sebagai biosorben zat warna biru metilena [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Gufta FK 1998 Utilization of bagasse fly ash
generated in the sugar industry for removal and recovery of phenol and p-nitrophenol from wastewater J Chem Technol Biotechnol 70180-186
Horsfall MJ Abia AA Spiff Al 2003
Removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta crantz) waste biomass African J Biotechnol 2360-364
Igwe JC Abia AA 2006 A bioseparation
process for removing heavy metals from waste water using biosorbents African J Biotechnol 51167-1179
Igwe JC Ogunewe DN Abia AA 2005
Competitive adsorption of Zn(II) Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous and non-aqueous solution by maize cob
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
13
and husk African J Biotechnol 41113-1116
Jason PP 2004 Activated carbon and some
application for the remediation of soil and groundwater pollution httpwww ceevteduprogram_areas [8 Jun 2004]
Lorenz KJ Kulp K 1991 Handbook of
Cereal Science and Technology New York Macel Dekker
Ketaren S 1986 Pengantar Teknologi Minyak
dan Lemak Pangan Jakarta UI Pr Koumanova B Antova PP 2002 Adsorption
of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite J Hazard Mater 90229-234
Kumar U 2006 Agricultural products and by-
products as a low cost adsorbent for heavy metal adsorbent from water and wastewater A review African J Biotechnol 1033-037
Marshall WE Mitchell MJ 1996 Agriculture
by-product as metal adsorbent Sorption properties and resistence to mechanical abrasion J Chem Technol Biotechnol 66192-198
Marshall WE Wartelle LH Boler DE 1999
Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid Biores Technol 69263-268
Mulyana L Pradiko H Nasution UK 2003
Pemilihan persamaan adsorpsi isoterm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap zat warna remazol golden yellow 6 wwwunpasacidpmbhomeimagesarticlesinfomatekjurnal_V_3_3html [2 Jun 2008]
Notodarmojo S 2004 Pencemaran Tanah
dan Air Tanah Bandung ITB Pr Rajawane A 2008 Biosorpsi logam berat
Pb(II) menggunakan kulit buah kakao [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Raghuvanshi SP Sing R Kaushik CP 2004 Kinetics study of methylene blue dye biadsorption on baggase App Ecol Env Researches 235-43
Rasjiddin I 2006 Pembuatan arang aktif dari
tempurung biji jambu mede (Anacardium cocidentale) sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas [skripsi] Bogor Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Ribeiro MHL Lourenco PAS Monteiro JP
2001 Kinetics of selective adsorption of impurities from a crude vegetable oil in hexane to activated earths and carbons Eur Food Res Tecnol 213132-138
Saeni MS 1989 Kimia Lingkungan Bogor
Pusat antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor
Suhendrayatna 2001 Adsorben logam berat
dengan menggunakan mikroorganisme Suatu kajian kepustakaan wwwshantybiotransdigitcomBiology_-_MikrobiologiBioremoval_Logam _Berat_Dengan_Menggunakan_Microorganisme3A_Suatu_kajian_Kepustakaanhtml [22 Mei 2007]
Sunarya AI 2006 Biosorpsi logam berat
Cd(II) dan Pb(II) menggunakan kulit jeruk siam [skripsi] Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Utomo HD Hunter KA 2006 Adsorption of
heavy metals by exhausted coffee grounds as a potential treatment method for waste waters J Surf Sci Nanotech 4504-506
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
LAMPIRAN
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
15
Tongkol jagung
Dicuci dengan air mengalir dan air deionisasi Ditumbuk plusmn 100 Mesh
Penentuan waktu optimum adsorben
Penentuan bobot optimum adsorben
Penentuan pH optimum adsorben
Penentuan konsentrasi optimum adsorben
Penentuan Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich
Uji pada larutan tunggal logam Pb (II) Uji pada limbah industri aki
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Penentuan kadar air
+ HNO3 06M + NaOH 01N
Adsorben modifikasi
Adsorben tanpa modifikasi
Arang Aktif
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
16
Lampiran 2 Kadar air tongkol jagung
Ulangan a (g) b (g) c (g) Kadar air ()
1 365682 364706 10024 974 2 382476 381505 10026 968 3 366734 365760 10027 971
Rerata 971
Contoh perhitungan Kadar air () = c
ba minus times 100
= 10000241
470636568236x
minus
= 974
Lampiran 3 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm
Adsorben Waktu adsorpsi (menit)
m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 60 10110
146742
13960 6566845 90 10247 11386 6604658 120 10117 10891 6713992 150 10603 11881 6359559
Modifikasi 60 10111
146742
04455 7036226 90 10145 02970 7085840 120 10114 02376 7136927 150 10643 01980 6800799
Arang aktif 60 10110 146742
03465 7085888 90 10113 03069 7103367 120 10113 02376 7137633 150 10112 00891 7211774
Contoh perhitungan
( )m
CCVQ ao minus
=
Q = g
ppmppmml
01101
)39601674214(50 minus
Q = 6566845 microgg adsorben
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
17
Lampiran 4 Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 02582 146742
93306 10347834 05033 00413 14536934 07555 00744 9662356 10117 06198 6945915
Modifikasi 120 02545 146742
06281 27595483 05036 08017 13773379 07528 08347 9192009 10114 07355 6890777
Arang aktif 150 02512 146742
09587 27300005 05030 07355 13855530 07536 01405 9642850 10119 00496 7226313
Lampiran 5 Pengaruh konsentrasi logam terhadap kapasitas adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL
larutan Pb(II) 15 ppm (Adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif)
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 05052 5 00180 4930703 05033 10 00360 9898633 05063 15 01261 14688795
Modifikasi 120 02528 5 02523 9390324 02523 10 04685 18889282 02544 15 09189 27675081
Arang aktif 150 02522 5 03333 29077452 02524 10 03063 29107951 02541 15 00721 29374120
Lampiran 6 Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif pada penentuan pH optimum adsorpsi Pb(II)
Adsorben t (menit) pH m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
Tanpa modifikasi 120 500 05103 146742
03028 14081371 550 05126 04862 13839213 600 05125 07615 13573397 650 05071 11560 13328965
Modifikasi 120 500 02540 146742
24404 24082348 550 02526 06330 27793295 600 02549 29083 23079527 650 02538 34862 22040901
Arang aktif 150 500 02536 146742
14495 26073854 550 02525 07982 27477297 600 02546 00183 28782112
650 02537 01743 28576839
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
18
Lampiran 7 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05015 146742 01842 144466 AM 120 02518 146742 32193 227460 AA 150 02520 146742 00175 290807
Lampiran 8 Pengujian kemampuan adsorpsi adsorben tanpa modifikasi modifikasi dan arang aktif terhadap limbah industri aki pada kondisi optimum
Adsorben t (menit) m (g) Co (ppm) Ca (ppm) Q (microgg)
ATM 120 05047 40439 38246 217296 AM 120 02512 40439 34324 1217093 AA 150 02518 40439 16009 4851118
Lampiran 9 Komposisi limbah industri aki
Unsur Konsentrasi (ppm)
Timbel (Pb) 40439 Kadmium (Cd) 00976 Besi (Fe) 19267
Lampiran 10 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben
tanpa modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 04234 10020 04234 05766 05754 -03732 -02400 3 5 07297 10024 07297 42703 42600 -01368 06294 4 10 14775 10024 14775 85225 85021 01695 09295 5 25 58018 10026 58018 191982 191484 07636 12821 6 50 110991 10021 110991 389009 388194 10453 15890 7 100 172342 10025 172342 827658 825594 12364 19168
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 44838x ndash 18307 dengan
r2= 9626 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 20669 times 104
dan β = 26428 times 103 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 11133x + 05159 dengan
r2 = 9141 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 3280 dan
k = 08982
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975
19
Lampiran 11 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh adsorben modifikasi
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 02142 10012 02142 07858 07849 -06692 -01052 3 5 03225 10015 03225 46775 46705 -04915 06694 4 10 05641 10022 05641 94359 94152 -02486 09738 5 25 19640 10019 19640 230360 229923 02931 13616 6 50 38995 10017 38995 461005 460223 05910 16630 7 100 123478 10020 123478 876522 874772 10916 19419
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 69209x + 62841 dengan
r2= 9538 maka dari persamaan Cmx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 01445 dan
β = 11012 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 10269x + 09871 dengan
r2 = 8924 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 09738 dan
k = 97073 Lampiran 12 Data isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam Pb(II) oleh arang aktif
No
Co (ppm)
Ca (ppm)
m (g)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x xm log c log xm
1 0 2 1 01081 10010 01081 08919 08910 -09661 -00501 3 5 01892 10012 01892 48108 48050 -07231 06817 4 10 05495 10010 05495 94505 94410 -02600 09750 5 25 17568 10013 17568 232432 232131 02447 13657 6 50 33604 10013 33604 466396 465791 05264 16682 7 100 85324 10010 85324 914676 913762 09311 19608
Ca digunakan sebagai variabel c pada rumus Isoterm Langmuir dan Freundlich
bull Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 10612x + 3745 dengan r2=9871 maka dari persamaan C
mx
C
αβα11
+= diperoleh nilai α = 00942 dan
β = 28346 bull Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 09611x + 11398 dengan
r2 = 9480 maka dari persamaan Cn
km
xlog
1loglog += diperoleh nilai n = 10405 dan
k = 137975