5.1 Penentuan Waktu Equilibrium Adsorpsi Pb(II) pada Uji Pendahuluan Pada uji pendahuluan ini waktu kontak divariasikan yaitu 0, 25, 50, 90, 130, 140 dan 150 menit dengan konsentrasi Pb(II) 80 mg/L, dengan adsorben yang diaktivasi oleh konsentrasi asam sitrat 0,8 M dan kecepatan pengaduk 80 rpm. Untuk mengetahui pengaruh waktu equilibrium (waktu dimana tidak terjadi lagi penyerapan) terhadap ion timbal (Pb) yang diserap oleh sekam padi yang telah diaktivasi, maka dilakukan uji pendahuluan dengan memvariasikan waktu kontak.
Gambar 5.1 Hubungan antara waktu kontak (menit) dengan kapasitas ! penyerapan (mg/g) untuk konsentrasi Pb(II) 80 mg/L dan adsorben dengan aktivasi asam sitrat 0,8 M
Pada Gambar 5.1 dapat dilihat bahwa waktu kontak optimum yang diperoleh pada konsentrasi 80 mg/L adalah pada waktu 150 menit dengan kapasitas penyerapan sebesar 5,15 mg/g. Hal ini disebabkan karena menit ke 150 cenderung tidak lagi terjadi peningkatan kapasitas penyerapan secara signifikan, bila dibandingkan dengan menit sebelum 150. Kondisi ini menunjukkan bahwa kapasitas penyerapan adsorben menuju titik kesetimbangan. Lamanya waktu kontak antara adsorbat dengan adsorben mempengaruhi kapasitas penyerapan, hal
ini dikarenakan semakin lama waktu kontak yang dilakukan, maka penyerapan akan mencapai kesetimbangan (equilibrium).
Semakin lama waktu kontak maka ion logam Pb (II) yang terserap akan semakin meningkat sampai terjadinya kesetimbangan. Hal yang sama juga dikemukakan (Makinde dkk., 2007), yang mengatakan bahwa pengaruh waktu kontak terjadi ketika adsorpsi belum mencapai kesetimbangan pada pengembangan biomaterial untuk manajemen limbah industri. Sebaliknya, pada saat kesetimbangan waktu kontak tidak berpengaruh terhadap kapasitas penyerapan. Hal ini juga sesuai dengan hasil penelitian yang telah dilakukan.
5.2 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Efisiensi Penyerapan pada Uji Pendahululan
Untuk mengetahui pengaruh waktu kontak terhadap efisiensi penyerapan logam Pb (II) yang diserap maka dilakukan pengujian dengan memvariasikan waktu kontak. Pengujian ini hanya dilakukan untuk konsentrasi 80 mg/L dengan konsentrasi asam sitrat 0,8 M. Gambar 5.2 menjelaskan bahwa waktu kontak berbanding eksponensial dengan efisiensi penyerapan.
Gambar 5.2 Hubungan waktu kontak (menit) terhadap efisiensi penyerapan (%) pada konsentrasi Pb(II) 80 mg/L dan konsentrasi asam sitrat 0,8 M
Pada Gambar 5.2 dapat dilihat pada konsentrasi 80 mg/L dengan aktivator 0,8 M pada kecepatan pengaduk 80 rpm, diperoleh efisiensi penyerapan pada saat menit 0, 25, 50, 90, 130, 140 dan 150 berturut-turut adalah 0; 37,84; 54,11; 60,49;
62,73; 64,43 dan 64,43%. Berdasarkan Gambar 5.2 dapat dilihat bahwa efisiensi penyerapan terbesar terdapat pada menit ke 140 dan 150. Sedangkan pada menit ke 130 sampai 140 perbedaan efesiensi penyerapan hanya sedikit yaitu 1,7%, hal ini dikarenakan kapasitas penyerapan cenderung stabil dengan berjalannya waktu (jenuh) pada menit 130 ke menit 140. Dari hasil di atas dapat dilihat bahwa tidak terjadi penurunan efisiensi penyerapan, ini menandakan bahwa adsorpsi berlangsung secara fisika. Lamanya waktu kontak menyebabkan ruang adsorben yang terisi lebih banyak, sehingga semakin sulitnya adsorbat untuk menemukan ruang kosong yang tersedia. Hal ini menyebabkan kuantitas adsorbat yang diserap oleh adsorben pada waktu tertentu akan mulai memasuki keadaan statis atau dengan peningkatan yang relatif rendah. Teori di atas sesuai dengan uji pendahuluan yang telah dilakukan, yaitu semakin lama waktu kontak maka ion Pb (II) yang terserap akan semakin meningkat hingga mencapai kesetimbangan.
5.3. Pengaruh Konsentrasi Awal Adsorbat terhadap Kapasitas Penyerapan Hubungan antara konsentrasi awal adsorbat dengan kapasitas penyerapan ditampilkan pada Gambar 5.3 berikut.
! Gambar 5.3 Hubungan konsentrasi awal Pb(II) (ppm) terhadap kapasitas penyerapan (mg/g)pada waktu equilibrium (150 menit).
Dari Gambar 5.3 dapat dilihat pada konsentrasi asam sitrat 0,8 M, kapasitas adsorpsi pada konsentrasi awal 20, 40, 60 dan 80 mg/L adalah sebesar 1,33; 3,17; 5,08 dan 5,15 mg/g. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan yang cukup signifikan dari konsentrasi 40 mg/L ke 60 mg/L, sehingga didapati bahwa konsentrasi awal optimum adalah 60 mg/L.
5.4. Pengaruh Konsentrasi Awal Adsorbat terhadap Efisiensi Penyerapan
Gambar 5.4 Hubungan konsentrasi awal Pb(II) (ppm) terhadap efisiensi penyerapan (%) dengan waktu 150 menit
Gambar 5.4 diatas menjelaskan hubungan antara konsentrasi awal adsorbat dengan efisiensi penyerapan ion Pb(II). Pada masing-masing konsentrasi asam sitrat terjadi peningkatan efisiensi penyerapan untuk setiap konsentrasi adsorbat.
Efisiensi penyerapan terendah diperoleh pada konsentrasi asam sitrat 0,5 M dan efisiensi penyerapan terbesar diperoleh pada 0,8 M. Penentuan efisiensi penyerapan optimum dapat dilihat dari selisih kenaikan efisiensi penyerapan.
Sebagai contoh, untuk konsentrasi asam sitrat 0,7 M pada 20, 40, 60 dan 80 mg/L selisih efisiensinya berturut-turut adalah 12,30%; 0,71% dan terjadi penurunan efisiensi sebesar 17,21%. Begitu pula pada konsentrasi 20, 40, 60 dan 80 mg/L, yang memiliki kecenderungan kenaikan efisiensi yang terbesar pada konsentrasi asam sitrat 0,8 M, yaitu 12,32%; 6,39% dan terjadi penurunan efisiensi sebesar
20,1%. Berdasarkan hal tersebut dapat disimpulkan bahwa efisiensi penyerapan optimum berada pada konsentrasi asam sitrat 0,8 M.
Dari Gambar 5.4 didapatkan bahwa efisiensi optimum pada konsentrasi Pb(II) 60 mg/L dan konsentrasi asam sitrat 0,8 M, yaitu sebesar 84,52 %. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.3 sebelumnya yaitu pada konsentrasi asam sitrat 0,8 M, selisih kapasitas adsorpsi pada konsentrasi awal 20, 40, 60 dan 80 mg/L adalah sebesar 1,84; 1,91 dan 0,07. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan yang cukup signifikan dari konsentrasi 40 mg/L ke 60 mg/L, sehingga didapat bahwa konsentrasi awal yang optimum yaitu pada konsentrasi Pb(II) 60 mg/L dan konsentrasi asam sitrat 0,8 M.
5.5 Pengaruh Konsentrasi Asam Sitrat terhadap Kapasitas Penyerapan Penentuan uji konsentrasi Pb(II) terhadap kapasitas penyerapan ini dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi asam sitrat yaitu 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 M, pada masing-masing konsentrasi Pb (II) 20, 40, 60 dan 80 mg/L terhadap waktu kontak 150 menit. Penentuan waktu kontak ini dilihat dari uji pendahuluan yang memperoleh waktu optimum yaitu 150 menit. Untuk menentukan kapasitas penyerapan terhadap konsentrasi asam sitrat, maka ditampilkan grafik antara konsentrasi asam sitrat (M) terhadap kapasitas penyerapan (mg/g).
Gambar 5.5 Pengaruh konsentrasi asam sitrat (M) terhadap kapasitas adsorpsi (mg/g) pada waktu kontak 150 menit
Dari Gambar 5.5 dapat disimpulkan bahwa pada masing-masing konsentrasi Pb(II) terjadi peningkatan kapasitas penyerapan untuk setiap konsentrasi asam sitrat. Kapasitas penyerapan paling rendah diperoleh pada konsentrasi asam sitrat 0,5 M dan kapasitas penyerapan optimum diperoleh pada konsentrasi asam sitrat 0,8 M.
5.6 Pengaruh Konsentrasi Asam Sitrat terhadap Efisiensi Penyerapan
Konsentrasi asam sitrat juga mempengaruhi efisiensi penyerapan adsorben terhadap adsorbatnya. Hal tersebut dapat dilihat dari Gambar 5.6 yang menyatakan hubungan antara kenaikan konsentrasi asam sitrat terhadap efisiensi adsorpsi.
Gambar 5.6 Pengaruh konsentrasi asam sitrat (M) terhadap efisiensi penyerapan (%) pada waktu 150 menit
Sama halnya seperti kenaikan kapasitas penyerapan, kenaikan konsentrasi asam sitrat pada perendaman juga mempengaruhi efisiensi adsorpsi dari sekam padi. Efisiensi paling tinggi yaitu pada konsentrasi asam sitrat 0,8 M dengan konsentrasi awal Pb(II) 60 mg/L. Pada konsentrasi asam sitrat 0,5; 0,6 dan 0,7 M, kapasitas adsorpsi juga meningkat, namun tidak terlalu signifikan.
5.7 Hubungan Waktu Kontak pada Kondisi Optimum terhadap Kapasitas Penyerapan
Untuk mengetahui pengaruh waktu kontak dan konsentrasi ion Pb(II) yang diserap, maka dilakukan pengujian dengan memvariasikan waktu kontak pada konsentrasi Pb(II) dan konsentrasi asam sitrat optimum yaitu 60 mg/L dan 0,8 M.
Dari percobaan, didapat bahwa lamanya waktu kontak Pb(II) dengan adsorben mempengaruhi kapasitas penyerapan. Semakin lama waktu kontak maka ion Pb2+
yang terserap akan semakin meningkat. Gambar 5.7 menjelaskan bahwa waktu kontak berbanding eksponensial dengan kapasitas penyerapan.
Gambar 5.7 Hubungan waktu kontak (menit) terhadap kapasitas penyerapan (mg/g) pada konsentrasi Pb(II) 60 mg/L dan konsentrasi asam sitrat 0,8 M.
Untuk mengetahui pengaruh waktu kontak dan konsentrasi ion Pb(II) yang diserap, maka dilakukan pengujian dengan memvariasikan waktu kontak pada konsentrasi Pb(II) dan konsentrasi asam sitrat optimum yaitu 60 mg/L dan 0,8 M.
Dari percobaan, didapat bahwa lamanya waktu kontak Pb(II) dengan adsorben mempengaruhi kapasitas penyerapan. Semakin lama waktu kontak maka ion Pb2+
yang terserap akan semakin meningkat. Gambar 5.7 di atas menjelaskan bahwa waktu kontak berbanding eksponensial dengan kapasitas penyerapan.
5.8 Hubungan Waktu Kontak pada Kondisi Optimum terhadap Efisiensi Penyerapan
Gambar 5.8 Hubungan waktu kontak terhadap efisiensi penyerapan pada konsentrasi Pb(II) 60 mg/L dan konsentrasi asam sitrat 0,8 M.
Pada Gambar 5.8 di atas dapat dilihat bahwa konsentrasi Pb(II) dan konsentrasi asam sitrat optimum, diperoleh efisiensi penyerapan pada saat menit 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 130, 140 dan 150 masing-masing adalah 39,23%;
48,48%; 55,54%; 60,92%; 66,68%; 70,97%; 73,31%; 74,80%; 74,92%; 84,52%
dan 84,52%. Berdasarkan Gambar 5.8 dapat dilihat bahwa pada proses penyerapan adsorbat, efesiensi penyerapan terbesar terlihat pada menit ke 140 dan 150. Akan tetapi pada menit 130 terlihat perbedaan efisiensi penyerapan dengan menit ke 140 hanya sekitar 3,4%, hal ini dikarenakan kapasitas penyerapan cenderung stabil dengan berjalannya waktu (jenuh) pada menit 140 ke menit 150.
5.9 Pengaruh Modifikasi Asam Sitrat pada Adsorben
Pengaruh modifikasi asam sitrat pada aktivasi sekam padi dapat dilihat dengan menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR) atau spektrofotometri inframerah. Grafik panjang gelombang spektra inframerah ditunjukkan pada Gambar 5.9 di bawah ini:
Gambar 5.9 Panjang gelombang spektra inframerah pada adsorben
transmitance (%)
Panjang Gelombang (cm-‐1)
Sekam Padi (Tanpa aktivasi Asam Sitrat) Aktivasi Asam Sitrat 0,5 M
Aktivasi Asam Sitrat 0,6 M
Aktivasi Asam Sitrat 0,7 M
Aktivasi Asam Sitrat 0,8 M
Aktivasi Asam Sitrat & Adsorbsi Timbal 0,8 M Gugus O-‐H
Gugus O-‐H pada
asam karboksilat Gugus C=O
Gugus C-‐O
Gugus C≡C
Dari Gambar 5.9 di atas grafik sekam padi (tanpa aktivasi), terlihat bahwa adsorben mempunyai ikatan hidroksil yaitu dengan berubahnya serapan pada bilangan gelombang 3244 cm-1. Gugus karbonil hadir karena pengaruh dari aktivasi asam sitrat. Pada aktivasi adsorben dengan konsentrasi asam sitrat 0,5 M telah hadir gugus karboksil yaitu dengan terjadinya serapan pada panjang gelombang 1087 cm-1 yang menandakan adanya gugus C-O, dan pada 1718 cm-1 menandakan adanya gugus C=O. Hal ini juga berlaku pada aktivasi dengan konsentrasi asam sitrat 0,6; 0,7 dan 0,8 M, dimana terjadi penyerapan paling besar yaitu pada aktivasi asam sitrat 0,8 M.
Pada konsentrasi 0,5 M terlihat gugus serapan karboksil memiliki daerah serapan (peak) yang kecil (sempit), seiring dengan bertambahnya konsentrasi asam sitrat terlihat bahwa daerah serapan (peak) semakin lebar. Hal ini dapat dilihat pada konsentrasi 0,6; 0,7 dan 0,8 M dimana konsentrasi 0,8 M mempunyai daerah serapan yang lebih besar (lebar), menandakan bahwa semakin banyak gugus karbonil yang terbentuk dengan semakin bertambahnya konsentrasi asam sitrat.
Pada panjang gelombang 2567 cm-1 terjadi serapan yang menandakan adanya gugus O-H pada asam karboksilat, yaitu pada aktivasi 0,5 M. Hal ini terjadi karena pangaruh aktivasi asam sitrat. Pada aktivasi asam sitrat dari 0,5 M sampai 0,8 M terlihat bahwa terjadi pergeseran pada serapan dari kanan ke kiri (panjang gelombang yang lebih besar), yang juga dipengaruhi oleh konsentrasi aktivator asam sitrat yang semakin besar. Pada grafik adsorben yang telah di adsorpsi, terlihat bahwa grafiknya tidak jauh berbeda dengan adsorben yang belum di adsorpsi. Perbedaan hanya terdapat pada panjang gelombang 2100 cm-1, dimana pada daerah tersebut memiliki gugus alkuna (C≡C).
Nieman dkk, (1998) memperoleh panjang gelombang spektra inframerah gugus hidroksil yaitu 3600-3200 cm-1, gugus hidroksil pada asam karboksilat 2700-2500 cm-1 dan gugus C=O pada 1760-1690 cm-1 dan C-O pada 1300-1050 cm-1. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa asam sitrat memberikan pengaruh terhadap adsorben yaitu dengan mensubstitusikan gugus karbonil pada gugus hidroksil.
BAB VI