H1e113214 - Rendy Arya Pangestu - Jurnal Ta [PDF]

Citation preview

STUDI ISOTERM DAN KINETIKA ADSORPSI KROM TERHADAP KARBON AKTIF SERBUK KAYU ULIN DENGAN SISTEM BATCH Adsorption Isotherm and Kinetics Studies Chromium (Cr) to the Activated Carbon of Ironwood Powder With Batch System Rendy Arya Pangestu1, Mahmud2, Chairul Abdi3



1Prodi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, ULM, JL. Unlam III Banjarbaru, 70714, Kalimantan Selatan 2Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat Email: [email protected]



ABSTRAK Logam berat Krom (Cr) merupakan jenis bahan berbahaya dan beracun (B3) yang dapat membahayakan lingkungan maupun kesehatan manusia. Salah satu metode untuk mengelola limbah yang paling efektif dan efisien adalah adsorpsi. Adsorbent yang umumnya digunakan untuk pengolahan limbah logam kromium adalah karbon aktif. Karbon aktif untuk mengurangi logam berat Cr dengan memanfaatkan limbah hasil serutan kayu ulin. Kayu ulin dipilih karena memiliki makro molekul kompleks. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui model isoterm, kinetika dan mekanisme yang terjadi pada proses adsorpsi logam Cr terhadap karbon aktif. Model isoterm menggunakan model isoterm Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson dan Temkin. Model Kinetik menggunakan model Pseudo Orde Satu, Pseudo Orde Dua, dan Freundlich Modifikasi. Nilai koefisien determinasi yang mendekati satu adalah model yang cocok untuk adsorpsi logam Cr. Hasil adsorpsi karbon aktif serbuk kayu ulin sesuai dengan model isoterm langmuir, dengan nilai R2 adalah 0,9800. Model kinetika yang cocok adalah model Pseudo Orde Dua dengan nilai R2 adalah 0,9861 dan mekanisme yang terjadi yaitu secara kimia. Kata Kunci: Kayu Ulin, Cr, Isoterm, Kinetika, Mekanisme ABSTRACT Heavy metals Chromium (Cr) is a type of hazardous materials and toxic (B3) which can harm the environment or human health. One method for managing waste the most effective and efficient is the adsorption. Adsorbent which is commonly used for wastewater treatment chromium metal is activated carbon. Activated carbon to reduce Cr by utilizing waste shavings result ironwood. Ironwood chosen because it has a complex macromolecule. This study aims to determine the model isotherms, kinetics and mechanisms involved in the process of adsorption on activated carbon Cr. Model isotherm model Langmuir isotherm, Freundlich, Redlich-Peterson and Temkin. Kinetic models using Pseudo models Order One, Order Pseudo Two, and Modified Freundlich. Determination coefficient close to unity is a suitable model for adsorption Cr. The results of powder activated carbon adsorption ironwood according to the Langmuir isotherm models, the R2 value is 0.9800. Suitable kinetic model is a model of Pseudo Order Two with a value of R2 is 0.9861 and the mechanisms involved are chemically. Keywords: Ironwood, Cr, Isotherm, Kinetics, Mechanisms



1.



PENDAHULUAN



Logam berat Krom (Cr) merupakan jenis bahan berbahaya dan beracun (B3) yang dapat membahayakan lingkungan maupun kesehatan manusia dengan tingkat oksidasi +2 sampai dengan +6 (Hasanah, 2017). Kromium mempunyai sifat yang berbeda beda sesuai dengan tingkat ionitasnya, semakin tinggi bilangan oksidasi semakin tinggi racun yang dihasilkan (Asmadi dkk, 2009). Sifat kromium yang tidak teroksidasi diudara banyak digunakan dalam industri pelapisan logam dan pada industri takstil logam krom digunakan dalam proses pewarnaan dan percetakan (Hasanah, 2017). Beragam metode untuk mengurangi dampak logam Cr antara lain peripitasi kimia, membran filtrasi, pertukaran ion, ekstraksi pelarut, reverse osmosis, cementation, dan adsorpsi. Namun upaya tersebut memiliki kelemahan yaitu memerlukan energi yang sangat tinggi atau bahan kimia yang sangat banyak (Wiyantoko dkk, 2014). Salah satu metode untuk mengelola limbah yang paling efektif dan efisien adalah adsorpsi karena metode ini mudah untuk diaplikasikan, ramah lingkungan, dan murah. Adsorbent yang umumnya digunakan untuk pengolahan limbah logam kromium adalah karbon aktif (Utama dkk, 2016). Karbon aktif untuk mengurangi logam berat Cr dengan memanfaatkan limbah hasil serutan kayu ulin. Kayu ulin banyak digunakan sebagai kontruksi berat, rumah, lantai, tianglistrik/telpon, perkapalan dan sirap (Hidayat, 2003). Kayu ulin adalah pohon hutan yang secara alami hanya terdapat di Sumatera bagian timur dan selatan, pulau Banka dan Belitung, Kalimantan, Sulu dan pulau Pahalwan di Filipina (Pradjadinata & Murniati, 2014). Makro molekul kompleks yang terdapat pada kayu ulin terdiri dari pentosin 12,7%, lignin 28,9%, dan selulosa 51%. Kayu ulin mempunyai dinding sel dan serat yang sangat tebal serta sel dipenuhi dengan ekstratif (Jauhari & Sari, 2007). Selulosa mempunyai potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penyerapan karena gugus OH yang terikat pada selulosa apabila dipanaskan pada suhu tinggi akan kehilangan atom-atom hidrogen dan oksigen sehingga tinggal atom karbon yang terikat membentuk struktur segi enam dengan atom atom karbon terletak pada setiap sudutnya (Muna, 2011). Karakteristik ini menjadi dasar tentang penggunaan serbuk kayu ulin untuk adsorpsi logam berat Cr. Studi tentang penggunaan kayu ulin sebagai karbon aktif untuk penyisihan logam berat telah dilakukan diantaranya: Pengolahan limbah cair sasirangan secara filtrasi melalui pemanfaatan arang kayu ulin sebagai adsorben (Utami, 2007). Adsorpsi logam Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin dengan sistem Batch satu tahap: Pengaruh pH, Waktu kontak dan dosis (Wulandari, 2017). Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, belum ada yang mempelajari mekanisme karbon aktif serbuk kayu ulin dalam proses adsorpsi logam Cr. Penelitian ini bertujuan mempelajari peristiwa penyerapan Cr pada karbon aktif serbuk kayu ulin menggunakan beberapa model isotherm dan kinetika. Model isoterm yang digunakan yaitu model Langmuir, model Freundlich, model Redlich-Peterson dan model Temkin. Selain itu, model kinetika adsorpsi yang digunakan yaitu model pseudo orde satu, pseudo orde dua dan freundlich modifikasi. 2.



METODE PENELITIAN



2.1 Bahan dan Peralatan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan untuk penelitian ini yaitu: akuades, serbuk kayu ulin, HCL 0,1M; NaOH 0,01 M dan K2Cr2O. Alat-alat yang akan digunakan pada penelitian ini yaitu: gelas ukur 100 mL, erlenmeyer 250 mL, gelas beker, botol semprot, desikator, neraca analitik, oven, pH meter, rotary shaker, pengaduk magnetik, aluminium foil, kertas saring Advantec ukuran pori 0,45 μm, ayakan ukuran 80 Mesh dan 100 Mesh, Inductively Coupled Plasma (ICP).



2.2 Preparasi Karbon Aktif Pada tahap preparasi serbuk kayu ulin diperoleh dari desa Karang Jawa Pelaihari, Kab. Tanah Laut. Serbuk kayu ulin dilakukan pengeringan dengan cara di oven dengan suhu 110°C untuk menghilangkan kadar air. Kemudian serbuk kayu ulin dimasukkan kedalam wadah tertutup dan tidak mudah terbakar. Bagian atas wadah dilubangi agar saat pembakaran wadah tidak penyok. Serbuk kayu ulin yang telah dibakar kemudian di masukkan kedalam alat Furnace untuk pemantapan proses karbonisasi dengan suhu 400°C. Serbuk kayu ulin dihancurkan dan diayak untuk memperoleh ukuran karbon serbuk kayu ulin 80-100 mesh yang nantinya akan mengalami aktivasi kimia menggunakan KOH 3 M untuk dijadikan karbon aktif serbuk kayu ulin (Wulandari, 2017). 2.3 Larutan Artifisial Larutan limbah artifisial Cr, mula-mula disiapkan larutan induk Cr. Panaskan kristal K2Cr2O7 pada suhu 105 ºC selama 1 jam dan kemudian dinginkan dalam desikator. Sebanyak 0,283 gram kristal K2Cr2O7 dilarutkan dalam labu ukur 1000 mL dengan air bebas mineral dan tepatkan hingga tanda tera kemudian didapatkan larutan induk 100 ppm (SNI 6989.53, 2010). 2.4 Percobaan Isoterm Adsorpsi Model isoterm adsorpsi yang digunakan untuk menjelaskan kesetimbangan konsentrasi adsorbat pada peristiwa adsoprsi adalah model Langmuir, model Freundlich, Model Redlich-Peterson, dan Model Temkin. Percobaan isoterm adsorpsi dilakukan dengan cara memasukkan 200 mL larutan artifisial Cr dengan pH terbaik yang dimasukkan kedalam Erlenmeyer 250 mL dengan variasi konsentrasi larutan artifisial Cr6+ yaitu 5, 10, 15, 20, dan 25 mg/L lalu dimasukkan karbon aktif serbuk kayu ulin dengan dosis terbaik, kemudian dikocok dengan shaker pada kecepatan rotasi 180 rpm selama waktu equilibrium yang didapat. Kemudian larutan hasil olahan disaring menggunakan kertas saring ukuran pori 0,45 μm (Mulida, 2016). Selanjutnya larutan artifisial hasil olahan diukur pH akhir dan diuji konsentrasi logamnya. 2.4.1 Model Isoterm Langmuir Isoterm Langmuir menurunkan teori isoterm adsorpsi dengan menggunakan model sederhana berupa padatan yang mengadsorpsi gas pada permukaannya. Model ini mendefinisikan bahwa kapasitas adsorpsi maksimum terjadi akibat adanya lapisan tunggal (monolayer) adsorbat di permukaan adsorben (Handayani & Sulistiyono, 2009). Bentuk linear dari persamaan model isoterm adsorpsi Langmuir adalah sebagai berikut : 𝐶𝑒 𝑞𝑒



=𝐾



1



𝐿 𝑞𝑚𝑎𝑘𝑠



1



+ 𝑞𝑚𝑎𝑘𝑠 𝐶𝑒



(1)



Dimana, qe adalah jumlah massa adsorbat terserap per unit massa adsorben pada kesetimbangan (mg/g), qmaks adalah kapasitas adsorpsi maksimum (mg/g), KL adalah konstanta keseimbangan (L/mg) dan Ce adalah konsentrasi adsorbat dalam larutan pada saat kesetimbangan (mg/L). Dengan membuat plot Ce/qe terhadap Ce akan diperoleh kurva linier dengan kemiringan (slope) = 1/qmaks dengan tinggi (intersep) = 1/KLqmaks, sehingga qmaks dan KL dapat dihitung. 2.4.2 Model Isoterm Freundlich Isotermal Freundlich ini digunakan untuk menggambarkan adsorpsi senyawa organik dan



inorganik dalam larutan (Vitasaril dkk, 2009). Isoterm Freundlich diasumsikan bahwa ada permukaan heterogen (multilayer) dengan beberapa tipe pusat adsorpsi yang aktif. Konsentrasi adsorbat antara 2 fasa dinyatakan sebagai (Anita & Inayati, 2015): 1



𝑞𝑒 = 𝐾𝑓 𝐶𝑒 𝑛



(2)



Dimana, Kf adalah faktor kapasitas Freundlich (L/g), dan 1/n adalah konstanta. Bentuk linear dari isoterm Freundlich ditunjukkan oleh persamaan; 1



log 𝑞𝑒 = log 𝐾𝑓 + 𝑛 log 𝐶𝑒



(3)



Dengan cara demikian, akan diperoleh kurva linier dengan slope = 1/n dan intersep = log Kf, sehingga parameter n dan Kf dapat dihitung. 2.4.3 Model Isoterm Redlich-Peterson Model Redlich-Peterson adalah pengabungan model persamaan Langmuir dan Freundlich. Mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah penggabungan dari kedua isoterm Langmuir dan Freundlich dan tidak mengikuti adsorpsi monolayer yang ideal (Curkovic dkk; 2011). 𝑞𝑒 =



𝐾𝑅 𝐶𝑒 𝛽



1+ ∝𝑅 𝐶𝑒



(4)



Dimana β adalah eksponen yang terletak di antara 0 dan 1. Ketika β = 0 konversi ke persamaan hokum Henry dan jika β = 1 konversi ke persamaan Langmuir, linierisasinya yaitu : 𝐶



𝑙𝑛 = 𝑞𝑒 = 𝛽 𝐼𝑛 𝐶𝑒 − 𝐼𝑛 𝐾𝑅 𝑒



(5)



2.4.4 Model Isoterm Temkin Model Isoterm Temkin menjelaskan tentang interaksi antara adsorben dengan adsorbatnya. Model ini menganggap adsorpsi pada semua molekul pada permukaan akan menurun linier dengan jumlah interaksi antara adsorbat dan adsorben dan adsorpsinya dikarakterisasi dengan energi sampai energinya maksimum (Sari & Widiastuti, 2009; Mulida, 2016). Isoterm Temkin menggambarkan perilaku sistem adsorpsi pada permukaan yang heterogen dan secara umum dinyatakan dalam persamaan (Mahmud dkk, 2012). 𝑅𝑇 𝑞𝑒 = 𝑏 𝐼𝑛 (𝐾𝑇 𝐶𝑒 ) (6) Bentuk linier dari isoterm Temkin dapat dinyatakan sebagai berikut : 𝑞𝑒 =



𝑅𝑇 𝑏



𝐼𝑛 𝐾𝑇 +



𝑅𝑇 𝑏



𝐼𝑛 𝐶𝑒



(7)



Untuk mendapatkan konstanta KT dan B adalah dengan memplot qe terhadap ln Ce, slope grafik tersebut adalah harga konstanta B dan perpotongan kurva linier terhadap sumbu qe adalah harga (B ln KT), selanjutnya dapat dihitung harga konstanta KT.



2.5 Percobaan Kinetika Adsorpsi Percobaan kinetika adsorpsi dilakukan dengan cara memasukkan 200 mL larutan artifisial Cr dengan pH terbaik yang dimasukkan kedalam Erlenmeyer 250 mL dengan variasi konsentrasi larutan artifisial Cr yang sudah ditentukan lalu dimasukkan karbon aktif serbuk kayu ulin dengan dosis terbaik, kemudian dikocok dengan rotary shaker pada kecepatan rotasi 180 rpm selama waktu kontak 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 90, 120, 240, 300, 420, 540, dan 840 menit. Kemudian larutan hasil olahan disaring menggunakan kertas saring ukuran pori 0,45 μm (Mulida, 2016). Selanjutnya larutan artifisial hasil olahan diukur pH akhir dan diuji konsentrasi logamnya. 2.5.1 Model Pseudo Orde Satu Model Pseudo orde satu merupakan persamaan laju adsorpsi untuk sistem liquid/solid berdasarkan kapasitas solid (adsorben). Model ini menjelaskan adsorpsi sebagai proses kesetimbangan reversibel antara larutan dan adsorben (Witono, 2015). Bentuk umum persamaan pseudo orde satu: 𝑑𝑞𝑒 𝑑𝑡



= ∫ 𝑘1 (𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 ) 𝑡



(8)



Kondisi batas t = 0 hingga t = t dan qt = 0 hingga qt = qt pada persamaan (8) memberika hasil : log(



𝑞𝑒 𝑞𝑒 −𝑞𝑡 )



=



𝑘1 2,303



𝑡 atau 𝐼𝑛 (



𝑞𝑒 𝑞𝑒 −𝑞𝑡



) = 𝑘1 𝑡



(9)



Bentuk linier persamaan (9) adalah: log(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 ) − log 𝑞𝑒 −



𝑘1 2,303



𝑡 atau 𝐼𝑛 (𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 ) = 𝐼𝑛 𝑞𝑒 − 𝑘1 𝑡



(10)



Dengan membuat plot log (qe-qt) terhadap t atau plot ln (qe-qt) terhadap t, akan diperoleh kurva linier dengan slope = k1/2,303 atau k1, dan intersep = ln qe, sehingga parameter kinetika k1 dan qe dapat dihitung. 2.5.2 Model Pseudo Orde Dua Model pseudo orde dua adalah salah satu model mekanistik terbaru yang belakangan sudah digunakan secara luas untuk menjelaskan proses dinamika proses adsorpsi (Mulida, 2016). Model pseudo orde satu dapat dinyatakan melalui persamaan (Kalavathy dkk, 2005) 𝑑𝑞𝑒 𝑑𝑡



= 𝑘2 (𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 )2



(11)



Dimana k adalah konstanta kinetika sorpsi (g/mg.menit). Integrasi persamaan (11) untuk kondisi batas t = 0 hingga t = t dan qt = qt memberikan hasil: 1 (𝑞𝑒 −𝑞𝑡 )



=



1 𝑞𝑒



+ 𝑘2 𝑡



(12)



Persamaan (12) adalah salah satu bentuk linier model (Ho & McKay, 1999), yang dapat ditulis dalam bentuk lain :



𝑡 𝑞𝑡



=𝑘



1 2 2 𝑞𝑒



1



+𝑞 𝑡 𝑒



(13)



Dengan membuat plot t/qt terhadap t, akan diperoleh kurva linier dengan slope = 1/qe dan intersep = 1/k2qe2, sehingga parameter qe dan k2 dapat dihitung. 2.5.3 Model Freundlich Modifikasi Model Freundlich Modifikasi (1979) adalah model kinetika empirik yang berbasis kepada persamaan Freundlich. Bentuk umum model kinetika tersebut adalah : 𝑞𝑡 = 𝑘𝐶𝑡𝑛 𝑡 𝑚



(14)



Dimana qt adalah jumlah adsorbat terserap per unit massa adsorben pada waktu t (mg/g), k adalah konstanta kinetika adsorpsi, Ct adalah konsentrasi adsorbat dalam larutan pada waktu t (mg/L), m dan n adalah konstanta empirik. 3.



HASIL DAN PEMBAHASAN



3.1 Karakteristik Karbon Aktif Serbuk Kayu Ulin Serbuk kayu ulin setelah mengalami karbonisasi dilakukan aktivasi menggunakan aktivator KOH. Menurut Shofa (2012), KOH sebagai aktivator dapat menghilangkan zat pengotor dan membuat karbon aktif menjadi lebih berpori pori. Tabel 1 Karakteristik Kandungan karbon aktif serbuk kayu ulin (Wulandari, 2017). No. 1. 2.



Karakteristik pH Luas Permukaan (m2/g)



Jumlah Terkandung 6,95 99,8



Tabel 1 menunjukkan besar pori pori karbon aktif setelah diaktifasi sebesar 99,8 m2/g. karakteristik luas permukaan,pada penelitian ini dilakukan dengan metode Sears untuk mengukur luas permukaan karbon aktif dari serbuk kayu ulin. KOH akan bereaksi dengan karbon sehingga akan membentuk pori pori baru serta menghasilkan karbon dioksida yang berdifusi ke permukaan karbon aktif (Shofa, 2012). Semakin luas permukaan karbon aktif maka semakin tinggi daya adsorpsinya. Pada tabel 1 juga menunjukkan karbon aktif serbuk kayu ulin ulin mengalami kenaikan pH setelah diaktivasi KOH dan pencucian dengan pH sebesar 6,95. 3.2 Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi bertujuan untuk mengetahui hubungan antara jumlah logam Cr yang teradsorpsi dalam variasi konsentrasi pada temperatur kamar. Adapun variasi konsentrasi yang digunakan pada penelitian ini adalah 5, 10, 15, 20, dan 25 mg/L. Menentukan kapasitas adsorpsi maka digunakan beberapa model isoterm adsorpsi, dengan membuat plot linier pada model-model tersebut. Sehingga dapat diketahui nilai koefisien determinasi (R2). Dimana nilai koefisien determinasi yang mendekati satu adalah model yang cocok untuk adsorpsi logam Cr pada karbon aktif serbuk kayu ulin dan dengan membandingkan nilai koefisien model yang terbesar.



Tabel 2 Parameter Isoterm untuk Adsorpsi Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin



1.



2.



3.



4.



Model Isoterm Langmuir qmaks (mg/g) KL (L/mg) R2 Freundlich kF (L/g) n R2 Redlich Peterson k (L/g) β αR (L/mol) R2 Temkin kT (L/g.menit) B (J/mol) R2



Parameter Isoterm 1,48 0,143 0,98 0,27 2,047 0,973 1925 0,512 7,563 0,975 1,195 6,968 0,9682



Tabel 2 menunjukkan bahwa model isoterm Freundlich, Langmuir, Redlich-Peterson dan Temkin sama-sama menunjukkan korelasi yang sangat baik dengan ditandainya tinggi nilai koefisien determinasi R2 ≥ 0,9 (mendekati angka 1). Isoterm model Langmuir, Redlich-Peterson, Freundlich dan Temkin dengan nilai R2 adalah 0,980; 0,975; 0,973 dan 0,9682. Jika mengacu pada tingginya koefisien determinasi pada keempat model tersebut, maka dapat dikatakan bahwa kesetimbangan adsorpsi Cr oleh Karbon aktif serbuk kayu ulin menunjukkan kesesuaian yang lebih oleh model isoterm Langmuir. Menurut hasrianti (2012) spesies yang berbeda memberikan karakteristik penyerapan yang berbeda. Oleh karena itu, kesesuaian dari isotermal adsorpsi bergantung pada spesies adsorben yang digunakan. Isoterm model Isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa permukaan adsorben adalah homogen dan besarnya energi adsorpsi ekuivalen untuk setiap situs adsorpsi. Model ini mendefinisikan bahwa kapasitas adsorpsi maksimum terjadi akibat adanya lapisan tunggal (monolayer) adsorbat di permukaan adsorben.Menurut Muna (2011) menyatakan bahwa Adsorpsi secara kimia terjadi karena adanya interaksi antara situs aktif adsorben dengan zat teradsorpsi dan interaksi hanya terjadi pada lapisan penyerapan tunggal (monolayer adsorption) permukaan dinding sel adsorben. Hasil simulasi model isoterm adsorpsi dapat dilihat pada gambar 1-2.



1,5



1,0 Data adsorpsi



0,5



Model Freundlich



Ce (mg/L)



0,0 0



2



4



6



qe (mg/g)



0,5



qe (mg/g)



1,0



1,5



Data adsorpsi Model Langmuir



Ce (mg/L)



0,0



8 10 12 14 16 18 20 22



0



2



4



6



8 10 12 14 16 18 20 22



Gambar 1. Simulasi Model Freundlich dan Simulasi Model Langmuir 1,5



1,0 0,5



Data adsorpsi Redlich-Peterson



0



2



4



6



Data adsorpsi Model Temkin



Ce (mg/L)



0,0



Ce (mg/L)



0,0



qe (mg/g)



0,5



qe (mg/g)



1,0



1,5



-0,5



8 10 12 14 16 18 20 22



0



2



4 6



8 10 12 14 16 18 20 22



Gambar 2. Simulasi Model Redlich-Peterson dan Simulasi Model Temkin



3.3 Kinetika Adsorpsi Kinetika adsorpsi menggambarkan laju pengikatan solut pada perubahan waktu kontak suatu reaksi. Model kinetika reaksi dapat digunakan untuk mengolah data dalam penanganan limbah cair dengan adsorpsi untuk menentukan variabel yang terlibat dalam adsorpsi dan mekanisme adsorpsi yang terjadi. Ukuran laju adsorpsi berdasarkan dengan waktu kontak untuk mencapai kesetimbangan. Selama terjadi kontak antara partikel adsrobat dan adsorben akan terjadi proses dua arah yaitu adsorpsi dan desorpsi. Pada saat terjadi kesetimbangan, laju adsorpsi sama dengan laju desorpsi sehingga konsentrasi adsorbat dalam pelarutannya tetap. Waktu yang diperlukan dari mulai terjadi kontak adsorbat dengan adsorben sampai terjadi kesetimbangan, dianggap bahwa semua bagian pada permukaan adsorben telah terisi oleh partikel adsorbat (maulida, 2016). Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas dapat dilihat pada gambar 3.



0,4 0,3



qt (mg/g)



0,5



0,2 0,1



Waktu, t (menit)



0,0



0



100



200



300



400



500



600



700



800



Gambar 3 Grafik Pengaruh Waktu Kontak terhadap Kapasitas Adsorpsi



900



Gambar 3 menunjukkan bahwa Cr yang teradsorpsi semakin besar dengan bertambahnya waktu kontak dan adsorpsi Cr mencapai kondisi ekuiliburn pada waktu 540 menit. Hal ini disebabkan semakin lama waktu interaksi adsorben dengana dsorbat memungkinkan banyaknya tumbukkan yang terjadi sehingga semakin banyak adsorbat yang terserap. Namun pada waktu kontak pada 5 menit sampai dengan 90 menit menunjukkan bahwa pada waktu tersebut proses adsorpsi logam Cr oleh karbon aktif serbuk kayu ulin belum maksimal, sehingga pada waktu kontak tersebut terlepasnya ion H+ pada karbon aktif. Sesuai dengan pendapat Muna (2011) bahwa pada awal penyerapan permukaan adsorben masih belum terlalu banyak menyerap ion Cr sehingga proses penyerapan kurang efektif. Setelah interaksi berlangsung 540 menit adsorpsi ion logam Cr oleh karbon aktif konstan, hal ini menunjukkan telah tercapainya keadaan kesetimbangan. Waktu kesetimbangan ditentukan untuk mengetahui kapan suatu adsorben mengalami kejenuhan sehingga proses adsorpsi terhenti (Muna, 2011). Pada penelitian ini, kapasitas adsorpsi permukaan karbon aktif telah jenuh dan telah tercapai kesetimbangan antara konsentrasi ion logam Cr dalam karbon aktif sehingga penyerapan pada waktu kontak diatas 540 menit menjadi konstan atau hampir sama. Menurut Rahmawati (2012) menyatakan bahwa apabila kesetimbangan adsorpsi telah tercapai penambahan waktu kontak tidak menambahkan jumlah logam teradsorpsi. Dalam studi ini, data data kinetika adsorpsi secara batch akan di evaluasi dengan tiga model mekanistik yang telah diaplikasikan secara luas dalam bidang adsorpsi sistem liquid-solid, yaitu model pseudo orde satu, model pseudo-orde dua, dan model Freundlich modifikasi. Model kinetika yang sesuai untuk sistem logam Cr6+ pada karbon aktif kayu ulin dengan membandingkan nilai koefisen determinasi (R2), dimana nilai koefisien determinasi yang mendekati satu adalah model yang cocok untuk logam Cr (Maulida, 2016). Berikut ini beberapa model kinetika adsorpsi logam Cr6+ pada karbon aktif serbuk kayu ulin dapat dilihat pada Gambar 4 sampai gambar 5.



0



200



400



600



800



Ln (qe-qt)



y = -0,0020x - 0,6564 R² = 0,8056



2000 1500



-1,5



1000



-2,0 -2,5



3000 2500



-0,5



-1,0



1000



orde 2



t/qt (menit.g/mg)



0,0



y = 2,8922x + 185,1357 R² = 0,9861



500



orde 1



0



Waktu, t (menit)



0



200



Waktu, t (menit) 400 600



Gambar 4 Plot Linier Model pseudo orde satu dan pseudo orde dua



800



1000



0,0 0,00 -0,5



2,00



4,00



6,00



-1,0



Ln qt



-1,5 -2,0



y = 0,4844x - 3,8881 R² = 0,7357



-2,5 -3,0 -3,5 -4,0



ln t



Gambar 5 Plot Linier Model Freundliich Modifikasi



Penentuan reaksi model pseudo orde satu, model pseudo orde dua dan Freundlich modifikasi dilakukan dengan regresi linier. Nilai parameter kinetika adsorpsi Cr terhadap karbon aktif kayu ulin dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3 Parameter Kinetika untuk Adsorpsi Cr terhadap Karbon aktif serbuk kayu ulin Model Kinetika 1. Pseudo-orde satu k1 (1/menit) R2



Nilai 0,0111 0,8056



2. Pseudo-orde dua



k2 (1/menit) R2



0,0452 0,9861



3. Freundlich Modifikasi



k (L/g.menit) R2



0,003631 0,7357



Tabel 3 dilihat bahwa persamaan garis yang didapatkan dari linearisasi adalah y = -0,002x - 0,6564 dengan R2 = 0,8056 untuk model pseudo orde satu, model pseudo orde dua persamaan garis yang didapatkan dari linearisasi adalah y = 2,8922x + 185,1357 dengan R2 = 0,9861. dan untuk Freundlich modifikasi persamaan garis linearisasinya adalah y = 0,4844x – 3,8881 dengan R2 = 0,7357. Dari ketiga model tersebut dilihat dari nilai koefisien determinasi menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan. Koefisien determinasi pada model pseudo orde satu dan model Freundlich modifikasi menunjukkan nilai yang cukup rendah dibandingkan dengan koefisien determinasi model pseudo orde dua. Sehingga dapat dikatakan bahwa kinetika adsorpsi logam Cr pada karbon aktif serbuk kayu ulin merupakan model kinetika pseudo orde dua. Nilai konstanta laju adsorpsi (K2) yang tertinggi menunjukkan bahwa kekuatan pendorong untuk adsorpsi Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin. Berikut dapat dilihat kecocokan model pseudo orde dua pada gambar 6.



0,5 Data Adsorpsi



0,5 0,4 0,3 0,3 0,2



qt (mg/g)



0,4



0,2 0,1 0,1



Waktu, t (menit)



0,0



0



100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Gambar 6. Model Kinetika Adsorpsi Karbon aktif serbuk kayu ulin



Gambar 6 model kinetika yang sesuai untuk adsorpsi Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin adalah model pseudo orde dua. Menurut Judy (2015) menyatakan bahwa model pseudo orde dua merupakan persamaan laju reaksi yang dipengaruhi oleh adsorpsi kimia, dengan melibatkan ikatan valensi melalui pertukaran elektron antara adsorben dan solut. Pada proses adsorpsi yang menghasilkan penyisihan adsorbat yang kecil dan berlangsung lambat kemungkinan laju adsorpsinya dikontrol oleh mekanisme adsorpsi secara kimia (Mahmud; Maulida, 2016). 4.



Kesimpulan



Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu model isoterm yang tepat untuk menggambarkan proses adsorpsi logam Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin secara berurutan adalah model Isoterm model Langmuir, Redlich-Peterson, Freundlich dan Temkin dengan nilai R2 adalah 0,980; 0,975; 0,973 dan 0,9682. Model kinetika yang tepat untuk menggambarkan proses adsorpsi logam Cr6+ terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin adalah Model Pseudo Orde Dua dengan Mekanisme adsorpsi logam Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin yang didominasi oleh mekanisme secara kimia. Daftar Pustaka Anita, F., & Inayati, I. A. (2015). Model Matematis Penjerapan Kadmium Dalam Air Pada Adsorben Kulit Nangka. Universitas Muhammadiyah Purwokerto. Purwokerto. Asmadi, Endro, S., & Oktiawan, W. (2009). Pengurangan Chrom (Cr) Dalam Limbah Cair Industri Kulit Pada Proses Tennery Menggunakan Senyawa Alkali Ca(OH)2, NaOH dan NaHCO3 (Studi Kasus PT. Trimulyo Kencana Mas Semarang). UNDIP Semarang. Curkovic, L., Rastovcan-Mioc, A., Majic, M., & Zupan, J. (2011). Application of Different Isotherm Models On Lead Ions Sorption Onto Electric Furnance Slag. University of Zagreb. Croatia. . Handayani, M., & Sulistiyono, E. (2009). Uji Persamaan Langmuir dan Freundlich pada Penyerapan Limbah Crom (VI) Oleh Zeolit. Kawasan Puspiptek Serpong.



Hasanah, M. (2017). Penurunan Kadar Cr Total pada Limbah Artifisial Menggunakan Arang Aktif Ampas Kopi. Tugas Akhir Program Studi Teknik Lingkungan. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru. Hasrianti. (2012). Adsorpsi Ion Cd2+ dan Cr6+ Pada Limbah Cair Menggunakan Kulit Singkong. Tugas Akhir Program Studi PLH-PPS. Universitas Hasanuddin. Makassar. Hidayat, S. (2003). Persebaran Ulin (Eusideroxylon zwagerii T et B) dan Tumbuhan Asosiasinya di Taman Nasional Kutai, Kalimantan Timur. Pusat Konservasi Tumbuhan-Kebun Raya Bogor. Jauhari, A., & Sari, N. M. (2007). Pengaruh Variasi Penambahan Ragi dan Lamanya Waktu Fermentasi Terhadap Hasil Fermentasi Etanol dari Serbuk Gergajian Kayu Ulin (Eusideroxylon zwagerii T et B). Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru. Kalavathy, M. H., Karthikeyan, T., Rajgopal, S., & Miranda, L. R. (2005). Kinetic and Isotherm Studies of Cu(II) Adsorption onto H3PO4 Activated Rubber Wood Sawdust. Alagappa College of Technology. Mahmud, Notodarmojo, S., Padmi, T., & Soewondo, P. (2012). Adsorpsi Bahan Organik Alami (BOA) Air Gambut Pada Tanah Lempung Gambut Alami dan Teraktivasi: Studi Kesetimbangan Isoterm dan Kinetika Adsorpsi. Mulida, W., Mahmud, & Mu'min, B. (2016). Studi Isoterm dan Kinetika Adsorpsi Krom Heksavalen (Cr6+) Terhadap Adsorben Gambut Dengan Sistem Batch. Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru. Muna, A. N. (2011). Kinetika Adsorpsi Karbon Aktif dari Batang Pisang Sebagai Adsorben untuk Penyerapan Ion Logam Cr(VI) pada Air Limbah Industri. Tugas Akhir II. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Negeri Semarang. Semarang. Pradjadinata, S., & Murniati. (2014). Pengelolaan Konservasi Jenis Ulin (Eusideroxylon zwagerii T et B). Pusat Litbang Konservasi dan Rehabilitasi. Bogor. Rahmawati, R., & Suhendar, D. (2014). Sintesis Nanokomposit g-Al2O3-Fe2O3 Untuk Adsorpsi Logam Cr(VI). Bandung. Sari , I. P., & Widiastuti, N. (2009). Adsorpsi Methylen Blue dengan Abu dasar PT. Ipmomi Probolinggo Jawa Timur dan Zeolit Berkarbon. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya. Shofa. (2012). Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Baku Ampas Tebu Dengan Aktivasi Kalium Hidroksida. Tugas Akhir Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Utama, S., Kristianto, H., & Andreas, A. (2016). Adsorpsi Ion Logam Kromium (Cr (VI)) Menggunakan Karbon Aktif dari Bahan Baku Kulit Salak. Yogyakarta. Utami, U. L., & Nurmasari, R. (2007). Pengolahan Limbah Cair Sasirangan Secara Filtrasi Melalui Pemanfaatan Arang Kayu Ulin Sebagai Adsorben. Program Studi Kimia FMIPA. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru.



Vitasaril, D., Lystanto, A. P., Kusmiyati, & Fuadi, A. M. (2009). Kinetika dan Termodinamika Adsorpsi Cu2+ dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara. Universitas Muhammadiyah Surakarta. Witono, J. R. (2015). Pengembangan Adsorben Activated Fly Ash untuk Reduksi Ion Cu2+ dan Cr6+ dalam Limbah Cair Industri Tekstil. Tugas Akhir Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat. Universitas Katolik Parahayangan. Wiyantoko, B., Kurniawati, P., & Purbaningtias, T. E. (2014). Adsorption Isoterm of Cr(VI) Using Mg/Al Hydrotalcite with Molar Ratio 2:1. Universitas Islam Indonesia. Yogyakarta. Wulandari, D. A., Mahmud, & Abdi, C. (2017). Adsorpsi logam Cr terhadap karbon aktif serbuk kayu ulin dengan sistem Batch satu tahap: Pengaruh pH, Waktu kontak dan dosis. Prodi Teknik Lingkungan. Fakultas Teknik. Universitas Lambung Mangkurat.