Pada tahapan ini hidrolisat yang dihasilkan dari konsentrasi bahan baku ubi kayu dan H2SO4 terbaik dilakukan proses overliming dan dilanjutkan dengan
penambahan arang aktif sebanyak 5% dari volume hidrolisat. Pengamatan dilakukan pada menit 1, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, dan 60 secara terus menerus.
Hasil analisa terhadap HMF dan furfural memperlihatkan penurunan konsentrasi selama proses detoksifikasi dengan arang aktif. Grafik penurunan konsentrasi HMF dan furfural disajikan pada Gambar 10.
Gambar 10. Laju adsorpsi HMF dan furfural dalam hidrolisat selama proses detoksifikasi dengan konsentrasi arang aktif 5%
Hasil analisa menunjukkan, waktu yang dibutuhkan untuk arang aktif dapat mencapai waktu terbaik yaitu dengan lama waktu kontak 30 menit. Pada lama waktu kontak 30 menit konsentrasi HMF yang ada pada hidrolisat kurang dari 1 g/l.
Pada proses penjerapan arang aktif, semakin lama waktu kontak antara arang aktif dengan hidrolisat semakin sedikit kandungan inhibitor yang dapat dijerap oleh arang aktif. Hal ini diduga karena arang aktif yang sudah mengalami kondisi jenuh. Pada tahapan laju adsorpsi arang aktif yang dilakukan pada penelitian ini lama waktu yang dibutuhkan untuk arang aktif sampai titik jenuh yaitu pada menit ke-30, hal ini dilihat dari semakin sedikitnya jumlah HMF dan furfural yang dapat dijerap oleh arang aktif.
Pada proses laju adsorpsi arang aktif, hasil analisa konsentrasi HMF dan furfural terjadi 2 fase penjerapan. Fase pertama dimulai dari menit ke-1 hingga menit ke-30 terlihat penurunan yang besar pada konsentrasi HMF dan furfural. Pada fase kedua yaitu dimulai dari menit ke-30 hingga menit ke-60.
Konsentrasi HMF dan furfural yang dapat terjerap pada menit pertama cukup besar yaitu 0,88 g/l dan 0,0073 g/l. Hal tersebut dikarenakan konsentasi arang aktif yang masih segar dan daya jerap arang aktif terhadap kandungan inhibitor masih sangat baik. Namun pada perlakuan menit ke-3 arang aktif sudah mengalami penurunan penjerapan tetapi masih relatif besar. Pada menit ke-30 terlihat penurunan laju konsentrasi inhibitor yang dijerap oleh arang aktif. Rata- rata konsentrasi HMF dan furfural yang terjerap pada fase pertama yaitu 0,076 g/menit dan 0,00041 g/menit. Namun ketika arang aktif sudah mengalami
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 K ons e nt rasi H M F (g /l )
Lama Waktu Kontak Arang Aktif (menit)
Konsentrasi HMF Konsentrasi Furfural Kon se nt ras i f ur fur al ( g /l )
kejenuhan kandungan inhibitor yang terjerap mengalami penurunan yang di mulai pada menit ke-30 hingga pada menit ke-60. Rata-rata penjerapan HMF dan furfural pada fase ke-2 yaitu 0,012 g/menit dan 1,7 x 10-6 g/menit. Data keseluruhan disajikan pada Lampiran 8.
Menurut Sembiring (2003), bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah bahan yang akan diserap. Selain ditentukan oleh konsentrasi arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama.
Hubungan penurunan konsentrasi HMF dan furfural di dalam hidrolisat dengan konsentrasi HMF dan furfural di dalam arang aktif merupakan data percobaan yang digunakan untuk penentuan laju adsorpsi HMF dan furfural dalam hidrolisat. Data percobaan tersebut kemudian dihubungkan secara linier pada model persamaan adsorpsi, yaitu Langmuir dan Freundlich sehingga didapat konstanta laju adsorpsi (k). Regresi merupakan persamaan matematik yang menduga hubungan antara satu peubah bebas (konsentrasi HMF dan furfural di dalam hidrolisat (c)) dengan satu peubah tak bebas (konsentrasi HMF dan furfural di dalam arang aktif (q)). Regresi hubungan antara q dan c di transformasi mengikuti bentuk persamaan garis lurus (linier). Dari hasil analisa dengan model persamaan Langmuir dan Freundlich dihasilkan konstanta laju adsorpsi arang aktif terhadap konsentrasi HMF dan furfural. Hasil analisa laju adsorpsi arang aktif terhadap HMF dan furfural dengan persamaan Langmuir dan Freundlich disajikan pada Lampiran 9 dan 10. Penentuan penggunaan model persamaan adsorpsi Langmuir dan Freundlich yang sesuai untuk laju adsorpsi dengan bahan arang aktif dapat diketahui dengan melihat koefisien determinasi (R2) terbesar. Hasil analisis data menggunakan model Langmuir dan Freundlich disajikan pada Tabel 13.
Tabel 13. Konstanta laju adsorpsi arang aktif terhadap konsentrasi HMF dan Furfural pada hidrolisat dengan persamaan Langmuir dan Freundlich
Parameter Langmuir
(a) Freundlich (b)
q maks k (g/menit) R2 n k (g/menit) R2
HMF 0,019 0,509 0,698 -0,771 0,044 0,914
Furfural 0,00016 0,00052 0,716 -0,295 0,000037 0,923
Keterangan : (a) Persamaan Langmuir : 1
q= k qmaks 1 c+ 1 qmaks
(b) Persamaan Freundlich : log q = log k + n log c
Dari hasil analisa, persamaan Freundlich memiliki nilai koefisien determinasi (R2) lebih besar dari persamaan Langmuir dan nilai kesesuaian terbaik dari data percobaan yang telah dilakukan. Hasil analisa dengan model persamaan Freundlich dengan konsentrasi arang aktif 5% dengan lama waktu kontak 60 menit didapat nilai konstanta laju adsorpsi HMF dan furfural sebesar 0,044 g/menit dan 3,7 x 10-5 g/menit. Hasil analisa konstanta laju adsorpsi menggunanakan persamaan Langmuir dan Freundlich disajikan pada Gambar 11.
(a)
(b)
Gambar 11. Nilai persamaan Langmuir dan Freundlich dari adsorpsi HMF (a) dan furfural (b) oleh arang aktif dengan konsentrasi 5%
0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 H M F (g)
Lama Waktu Kontak Arang Aktif (menit)
Konsetrasi HMF Freundlich Langmuir 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 F ur fural (g)
Lama Waktu Kontak Arang Aktif (menit)
Konsentrasi Furfural Freundlich Langmuir
Pada Gambar 11 menunjukkan persamaan Freundlich memiliki nilai kesesuaian yang relatif sama dengan data yang didapat pada proses detoksifikasi sedangkan pada persamaan Langmuir hasil dari konstanta yang digunakan selalu mengalami peningkatan sehingga tidak sesuai dengan data dari laju adsorpsi arang aktif. Hal ini menunjukkan persamaan Freundlich lebih sesuai untuk menghitung konstanta laju adsorpsi dengan arang aktif. Hasil penelitian ini dikuatkan oleh Hussein et al. (2004) yang menyatakan bahwa dengan nilai linieritas 90% dapat dinyatakan adsorpsi mengikuti jenis tipe persamaan adsorpsi tersebut. Jika persamaan yang dianut adalah persamaan Freundlich maka adsorpsi terjadi secara fisisorpsi banyak lapisan (Fourest dan Volesky 1996).
Perbedaan hasil analisa konstanta laju adsorpsi arang aktif antara persamaan Freundlich dan Langmuir didasarkan pada keaktifan dari permukaan arang aktif. Menurut Ribeiro et al. (2001), persamaan Freundlich diasumsikan suatu permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada sisi aktif. Persamaan Freundlich tidak mampu memperkirakan bagian sisi-sisi pada permukaan arang aktif yang aktif dan hanya ada beberapa sisi aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut. Pada persamaan Langmuir diasumsikan setiap tempat adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tempat tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan dan menggambarkan permukaan adsorpsi yang homogen.
Hasil analis terhadap total gula dan gula pereduksi terlihat penurunan konsentrasi total gula dan gula pereduksi yang dilakukan selama proses detoksifikasi. Grafik disajikan pada Gambar 12.
Gambar 12. Laju adsorpsi total gula dan gula pereduksi di dalam hidrolisat selama proses detoksifikasi dengan konsentrasi arang aktif 5 %
0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 K on se nt ra si T ot al G ul a (g /l)
Lama Waktu Kontak Arang Aktif (menit)
Gula Pereduksi Total Gula K on se nt ra si G ul a Pe re du ksi (g /l)
Pada pengamatan konsentrasi total gula dan gula pereduksi terjadi penurunan konsentrasi yang besar pada menit pertama ketika arang aktif ditambahkan ke dalam hidrolisat, hal ini diduga karena konsentrasi arang aktif yang masih segar dan tidak dalam kondisi yang jenuh. Namun pada menit yang ketiga dan selanjutnya konsentrasi total gula dan gula pereduksi sudah mengalami penurunan konsentrasi penjerapan yang dilakukan oleh arang aktif ini diduga karena pori-pori arang aktif sudah mulai terisi senyawa-senyawa sehingga daya jerap semakin kecil. Pada Gambar 12 menunjukkan, konsentrasi total gula dan gula pereduksi pada menit ke 30 hingga ke 60 sudah relatif stabil. Hal ini menunjukan bahwa kondisi arang aktif sudah pada kondisi jenuh sehingga tidak dapat menjerap senyawa yang lebih banyak lagi.