ADSORPSI ION SULFAT OLEH HIDROKSIAPATIT
DISKUSI Penentuan Kondisi Optimum
1. Variasi Konsentrasi
Kemampuan penyerapan adsorben dipengaruhi oleh konsentrasi dari ion sulfat tersebut. Dengan meningkatnya konsentrasi ion sulfat, maka efisiensi adsorpsi penyerapan semakin meningkat. Pada
Gambar 1 menunjukkan efisiensi semakin meningkat dari konsentrasi 10 – 40 ppm yaitu 19,0 % –
45,52 % karena hidroksiapatit pada adsorben masih dan terus menyerap ion sulfat pada larutan sampel. Kondisi optimum penyerapan dicapai pada konsentrasi 40 ppm, hal ini ditandai dengan terjadinya penurunan pada konsentrasi 50 ppm menjadi 25,15%. Penurunan ini terjadi karena pada konsentrasi tersebut jumlah ion sulfat dalam larutan sudah tidak sebanding dengan jumlah partikel adsorben yang tersedia. Konsentrasi ion sulfat yang terserap berhubungan dengan sisi aktif yang terdapat pada permukaan adsorben, jika jumlah sisi aktif lebih besar dari jumlah ion sulfat maka efisiensi penyerapan akan semakin tinggi. Namun, pada saat tertentu, efisiensi akan menurun karena telah terjadi kejenuhan pada adsorben. Dalam hal ini permukaan adsorben telah mencapai titik jenuh dan kemungkinan akan terjadi proses desorpsi atau pelepasan kembali antara adsorben dengan adsorbat.
Gambar 1 Kurva variasi konsentrasi
terhadap efisiensi adsorpsi
0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 E fi si en si A d so rp si (% ) Konsentrasi (ppm)
Gambar 2 Kurva variasi pH terhadap
efisiensi adsorpsi 0 10 20 30 40 50 3 5 7 9 E fi si e n si A ds o rps i (% ) pH
Halaman 24 2. Variasi pH
Dari Gambar 2 dapat dilihat efisiensi optimum yang dihasilkan yaitu pada pH 4 sebesar 43,28%. Hal
ini dikarenakan pada pH rendah permukaan adsorben dikelilingi oleh ion H+. Dalam kondisi asam
permukaan adsorben bermuatan positif sehingga sulfat yang muatannya negatif akan teradsorpsi oleh adsorben tanpa gangguan sehingga mengakibatkan efisiensi adsorpsi pada pH 4 tinggi. Pada pH 8 efisiensi optimumnya rendah hanya 22,76%. Hal ini dikarenakan pada pH tinggi permukaan adsorben dikelilingi oleh ion OH-. Dalam kondisi basa permukaan adsorben juga bermuatan negatif (OH-) yang akan menyebabkan tolakan antara permukaan adsorben dengan sulfat sehingga adsorpsinya menjadi rendah.
Kurva efisiensi dan kapasitas menunjukkan bahwa pH diatas 4 mengalami penurunan. Secara kimiawi molekul adsorben dianggap mempunyai sisi aktif yang mampu berinteraksi dengan ion sulfat. Jika proses adsorpsi melalui pertukaran ion, maka adsorpsi dipengaruhi oleh OH- dalam larutan yang berkompetisi dengan ion sulfat pada permukaan adsorben sehingga pada pH tinggi (basa) yaitu pH 8 jumlah OH- melimpah, mengakibatkan terjadinya pengikatan sulfat oleh adsorben kecil atau efisiensi penyerapan kecil.
3. Variasi Waktu Kontak
Pada waktu kontak 30 menit efisiensi penyerapan ion sulfat oleh adsorben sebesar 35,39 % dan terus meningkat sampai waktu kontak 60 menit dengan efisiensi adsorpsi sebesar 43,25 % (dapat dilihat pada Gambar 3). Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin lama waktu kontak maka waktu interaksi antara adsorben dengan ion sulfat semakin lama pula sehingga penyerapan akan semakin tinggi. Pada waktu kontak 75 menit terjadi penurunan efsiensi adsorpsi yaitu sebesar 38,20 %. Ini terjadi karena jika waktu kontak terlalu lama maka ion sulfat akan mengalami desorpsi atau pelepasan kembali ion sulfat yang telah terserap oleh adsorben.
Berdasarkan Gambar 3 terlihat bahwa kurva kapasitas adsorpsi memiliki pola yang sama dengan kurva efisiensi adsorpsi. Pada waktu kontak 30 menit kapasitas adsorpsi yang didapat sebesar 0,7875 mg/g sedangkan pada waktu kontak 60 menit kapasitas adsorpsi yang didapat sebesar 0,9625 mg/g. Selanjutnya kapasitas adsorpsi kembali turun pada waktu kontak 75 menit menjadi 0,85 mg/g. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu kontak yang digunakan maka akan semakin banyak ion sulfat yang teradsorpsi. Dari hasil optimasi ini dapat diketahui waktu kontak optimum adalah 60 menit karena memiliki efisiensi dan kapasitas adsorpsi yang paling tinggi. Semakin lama waktu kontak antara ion sulfat dan hidroksiapatit memungkinkan terjadinya peningkatan penyerapan ion sulfat, namun jika terlalu lama dapat menurunkan tingkat penyerapan. Hal ini disebabkan semakin lama
Gambar 3 Kurva variasi waktu kontak terhadap efisiensi adsorpsi 30 35 40 45 20 40 60 80 100 E fi si e n si A ds o rps i (% )
Halaman 25
waktu kontak dapat mengakibatkan desorpsi, yaitu lepasnya ion sulfat yang sudah terikat pada gugus aktif adsorben.
4. Variasi Massa Adsorben
Hasil pengukuran pengaruh massa adsorben terhadap efisiensi adsorpsi ion sulfat dapat dilihat pada
Gambar 4 semakin banyak massa adsorben yang digunakan, maka akan semakin besar efisiensi
penyerapan ion sulfat. Pada massa adsorben 0,1 gram efisiensi penyerapan sebesar 20,32 %. Ketika massa adsorben 0,2 – 0,4 gram penyerapan mengalami peningkatan yaitu dari 43,84 % menjadi 49,23 %. Bertambahnya massa adsorben sebanding dengan bertambahnya jumlah partikel dan luas permukaan adsorben sehingga menyebabkan bertambahnya sisi aktif adsorpsi. Pada proses adsorpsi tergantung pada banyaknya tumbukan yang terjadi antara partikel-partikel adsorbat dan adsorben. Tumbukan efektif antara partikel itu akan meningkat dengan meningkatnya luas permukaan. Jika permukaan gugus aktif dari adsorben menjadi lebih luas maka jumlah ion sulfat yang terserap pada adsorben semakin banyak. Hal ini akan mengakibatkan jumlah ion sulfat yang terserap akan bertambah banyak sehingga efisiensi adsorpsi meningkat dengan bertambahnya massa adsorben. Dari data hasil analisis didapatkan data efisiensi terbesar pada massa adsorben 0,5 gram.
Isoterm Adsorpsi
Penentuan model isoterm adsorpsi ion sulfat oleh hidroksiapatit dapat dilihat pada Gambar 5 dan
Gambar 6. Untuk isoterm Freundlich didapatkan R2 sebesar 0,9514 sedangkan isoterm Langmuir didapatkan R2 sebesar 0,9953. Dari nilai R2 tersebut dapat diketahui model persamaan kesetimbangan dapat yang dapat mewakili reaksi yang terjadi pada proses adsorpsi ini. Berdasarkan data teresbut dapat disimpulkan bahwa pada proses adsorpsi ion sulfat oleh hidroksiapatit mengikuti model isoterm
Langmuir. Hal ini dikarenakan nilai R2 untuk model isoterm Langmuir lebih tinggi dibandingkan dengan model isoterm Freundlich.
Gambar 4 Kurva variasi massa adsorben terhadap efisiensi adsorpsi 0 10 20 30 40 50 60 0 0,2 0,4 0,6 E fi si e m si A ds o rps i (%)
Massa Adsorben (gram)
Gambar 5 Isoterm Freundlich y = -11,863x + 0,5176 R² = 0,9514 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0 0,05 0,1 0,15 L o g Qe Log Ce Gambar 6 Isoterm Langmuir
y = 51,844x - 1,0947 R² = 0,9953 0 1 2 3 4 5 0 0,05 0,1 0,15 1/ Qe 1/Ce
Halaman 26
Sedangkan model isoterm Langmuir berasumsi bahwa pada permukaan adsorben terdapat sejumlah tertentu sisi aktif yang sebanding dengan luas permukaan adsorben. Sehingga bila situs aktif pada permukaan adsorben telah jenuh, maka penambahan konsentrasi tidak akan meningkatkan daya adsorpsi. Hal ini terbukti pada optimasi konsentrasi yang optimum yaitu pada konsentrasi 40 ppm bukan 50 ppm. Selain itu, isoterm Langmuir ini membuktikan bahwa mekanisme yang terjadi pada proses adsorpsi ini merupakan mekanisme kimisorpsi (pertukaran ion). Pada proses adsorpsi terjadi karena adanya ikatan kimia yaitu terikatnya ion kalsium yang terdapat pada adsorben dengan ion
sulfat yang terdapat pada larutan yang teradsorpsi sehingga membentuk CaSO4 [8]. Namun, dalam
hal ini tidak semua kalsium dalam hidroksiapatit berikatan dengan sulfat. Hal ini mendukung dengan hasil efisiensi adsorpsi yang hanya mencapai 45,52 %
KESIMPULAN
1. Kondisi optimum penyerapan ion sulfat oleh adsorben hidroksiapatit dari tulang kambing adalah pada konsentrasi sulfat 40 ppm pH 4, waktu kontak 60 menit dan massa 0,5 gram, dan
2. Model isoterm yang terjadi pada proses adsorpsi ion sulfat adalah isoterm Langmuir. Hal ini membuktikan bahwa mekanisme yang terjadi merupakan mekanisme kimisorpsi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] S. S. Budi, “Penurunan Sulfat dengan Penambahan Kapur (Lime), Tawas dan Filtrasi Zeolit pada Limbah Cair,” Universitas Diponegoro, Semarang, 2006.
[2] A. Halajnia, S. Oustan, N. Najafi, A. khataee dan A. Lakzian, “Adsorption-Desorption Characteristics of Nitrate, Phosphate and Sulfate on Mg-Al Layered Double Hydroxide,” Applied
Clay Science, p. 8, 2013.
[3] S. Ghafari, M. Hasan dan M. Aroua, “Bioresour,” Technol, 2007.
[4] W. Song, B. Cao, X. Xu, F. Wang, S. Shenlei, W. Song dan R. Jia, “Adsorption of Nitrate from Aqueous Solution by Magnetic Amine-Crosslinked Biopolymer Based Corn Stalk and its Chemicak Regeneration Property,” Journal of Hazardous Materials, pp. 280-290, 2016.
[5] H. Sehaqui, A. Mautner, U. P. D. Larraya, N. Pfenninger, P. Tingaut dan T. Zimmermann, “Cationic Celluose Nanofibers from Waste Pulp Recidues and Their Nitrate, Fluoride, Sulphate and Phospate,” Carbohydrate Polymers, pp. 334-340, 2016.
[6] M. Mourabet, A. E. Rhilassi, H. E. Boujaady, M. B. Ziatni, R. E. Hamri dan A. Taitai, “Removal of Fluoride from Aqueous solution by Adsorption on Hydroxyapatite (HAp) Using Response Surface Methodology,” Journal of Saudi Chemistry Society, March 2012.
[7] N. M. Castilo, R. L. Ramos, E. P. Ortega, R. O. Perez, J. F. Cano dan M. B. Mendoza, “Adsorption Capacity of Bone Char for Removing Fluoride from Water,” Journal of Industrical
and Engineering Chemistry, vol. 8, 2014.
[8] F. Khairani, I. dan S. Bali, “Potensi Hidroksiapatit dari Limbah Tulang Kambing sebagai Adsorben Ion Besi, Kadmium, Klorida dan Sulfat dalam Larutan,” JOM FMIPA, vol. 2, Februari 2015.
Halaman 27