Sartika Dwi Purwandari 1 , Nurul Widiastuti 2
2. Eksperimental Bahan
Abu dasar batu bara diperoleh dari PLTU IPMOMI, Paiton Probolinggo. Sebelum digunakan sebagai adsorben, abu dasar dihilangkan kandungan airnya, kemudian digerus dan diayak pada ukuran tertentu.
Karakterisasi Abu Dasar
Komposisi dari abu dasar ditentukan dengan menggunakan X-ray fluorescence spectrometer dan struktur kristal dari abu dasar ditentukan dengan menggunakan X-Ray Diffraction, Permukaan dari abu dasar sebelum dan sesudah adsorpsi diamati dengan menggunakan SEM.
Metode Kolom
Pengukuran untuk adsorpsi larutan Zn(II) pada abu dasar dilakukan dengan metode kolom. Kolom disiapkan dengan diameter 1 cm, panjang 20 cm dan pada bagian atas dihubungkan dengan pompa untuk menyedot influen. Adsorben diletakkan pada kolom dengan massa 1 gram dan divariasikan laju alirnya sebesar 1,5;3 dan 4,5 ml/menit. Sampel dikumpulkan setiap selang waktu 12 jam. Influen dikondisikan dalam suasana asam yaitu pH 6.
Gambar 1. Skema alat kerja kolom 3. Hasil dan Pembahasan
Karakteristik dari adsorben
Sifat fisika-kimia dari abu dasar dapat dilihat pada Tabel 1 yang menunjukkan bahwa komponen utama abu dasar yaitu besi, silika dan alumina. Bahan inilah yang berperan dalam proses adsorbsi logam berat.
Tabel 1. Data XRF abu dasar PT IPMOMI Paiton Adsorben
Kolom Selang
Komposisi Kadar % Al2O3 6,40 SiO2 32,3 Fe2O3 38,2 CaO 19,2 lainnya 3,29
Pada penelitian kami sebelumnya, abu dasar telah dikarakterisasi menggunakan XRD untuk menentukan kandungan fasa mineralnya seperti terlihat pada Gambar 1. Hasil tersebut memperlihatkan bahwa komponen mineral abu dasar yang utama adalah mineral kuarsa (SiO2), mulit (3Al2O3.2SiO2), hematit (Fe2O3) dan kalsit (CaCO3). Komponen kimia lainnya pada abu dasar ada dalam jumlah yang cukup besar adalah sisa karbon.
Gambar 2. Difraktogram Sinar-X Abu Dasar Batubara PT. IPMOMI Paiton (Q = Kuarsa, M = Mulit, Hm = Hematit ; Ks= kalsit) (Yanti,2009). Studi Adsorpsi
Pengaruh Laju alir
Pengaruh laju alir terhadap adsorpsi larutan Zn(II) ini dilakukan pada konsentrasi awal larutan 500 ppm dengan massa adsorben 1 gram pada pH 6 laju alir divariasikan antara 1,5;3 dan 4,5 ml/menit . Larutan yang telah melalui kolom (effluen) ditampung dalam bak penampung dan konsentrasinya dianalisa menggunakan spektrofotometer Serapan Atom (SSA) setiap selang waktu 12 jam agar range titik penerobosan (breakthrough) tidak berdekatan dan nampak. Operasi kolom ini dihentikan ketika konsentrasi ion logam Zn(II) pada keluaran (effluen) sama dengan konsentrsi ion logam Zn(II) awal (influen). Kondisi ini menunjukkan bahwa adsorben telah jenuh.
Tabel 2. Nilai kapasitas adsorpsi, tetapan laju Thomas, waktu jenuh, dan waktu breakthrough pada variasi laju alir yang dihitung berdasarkan model Thomas.
Laju alir (mL/menit) Massa (g) KTh (L/g jam) qo (mg/g) tb (jam) te (jam) 1,5 1,0131 4,2 . 10-5 537,25 12,095 230,911 3 1,0041 5,8 . 10-5 352,348 3,931 162,383 4,5 1,0007 2.42 . 10-4 199,571 1.479 39,455
Terlihat pada Tabel 2 bahwa semakin meningkatnya laju alir, maka kapasitas adsorpsi dari abu dasar semakin menurun yang disertai dengan peningkatan tetapan laju Thomas. Nilai kapasitas adsorpsi ion Zn(II) pada abu dasar dengan laju alir 1,5; 3; dan 4,5 mL/menit berturut-turut adalah 537,25 mg/g, 352,348 mg/g, dan 199,571 mg/g. Hal ini terjadi karena dengan bertambahnya laju alir, maka waktu kontak antara larutan pada influen dengan adsorben semakin berkurang sehingga menyebabkan interaksi adsorben dengan adsorbat sedikit, jadi adsorben kurang maksimal dalam penyerapannya(Kalavathy, 2010).
Hasil variasi laju alir ditampilkan juga dalam kurva breakthrough pada Gambar 4 yang dihitung berdasarkan model Thomas. Kurva breakthrough ini diperoleh dari hasil percobaan adsorpsi dalam sistem kolom, dimana konsentrasi effluent diamati tiap 12 jam hingga mencapai konsentrasi mendekati influen. Pada saat inilah menunjukkan Ct/Co yang konstan pada kurva breakthrough. Hasil variasi laju alir ditampilkan sebagai kurva breakthrough yang menggambarkan hubungan antara Ct/Co dan t, dimana Ct adalah konsentrasi ion Zn(II) effluen dan Co adalah konsentrasi ion Zn(II) influen. Sedangkan t adalah waktu adsorpsi.
Gambar 3. Kurva breakthrough dengan variasi laju alir 1,5; 3; dan 4 mL/menit dengan fitting data berdasarkan model Thomas pada pH 6
Perhitungan dengan model Thomas
Metode Thomas merupakan salah metode yang secara umum digunakan dalam pengoperasian dengan metode kolom. Model Thomas mengasumsikan bahwa adsorpsi-desorpsi mengikuti model kinetika Langmuir. Persamaan model Thomas untuk adsorpsi kolom yaitu:
2#
2&HST &UVW
XYZ3F[\3],^^_
( 1)
di mana KTh merupakan konstanta Thomas (L/g jam); qo adalah kapasitas adsorpsi maksimum per berat adsorben (mg/g); x adalah massa adsorben dalam kolom (g); Veff adalah volume effluent (L); Co adalah konsentrasi influen (mg/L), t adalah waktu (jam). Persamaan 1 dapat diubah menjadi persamaan linear sehingga didapat kurva breakthrough dan dapat dihitung nilai kapasitas adsorpsinya.
Bentuk linier dari model Thomas adalah sebagai berikut: ln eff o Th o Th t O V Q C K Q X q K C C = − −1 (2)
Koefisien kinetika KTh dan kapasitas adsorpsi kolom qo dapat ditentukan dari plot ln [(Co/Ct)-1] versus Veff (atau t) pada laju alir tertentu( Aksu, Gonen, 2004).
Morfologi abu dasar
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 50 100 150 200 250 C t/ C o Waktu (jam)
laju alir 1,5 ml/menit laju alir 4,5 ml/menit laju alir 3 ml/ menit
Morfologi abu dasar ditunjukkan pada Gambar berbentuk bola merupakan
sebelum proses adsorpsi dan Gambar dengan laju alir 4,5 ml/menit. Pada Gambar
sehingga bentuk dari abu dasar sudah tidak beraturan.
Gambar 4. Morfologi abu dasar (a) sebelum proses adsorpsi (b) sesudah proses adsorpsi 4. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian ini maka dapat
kemampuan yang efektif sebagai adsorben. Adsorpsi larutan Zn(II) pada abu dasar ini menggunakan parameter
lainnya (konsentrasi awal larutan 500
bertambahnya laju alir yang digunakan maka semakin menurun kapasitas adsorpsinya.
adsorpsi maksimum (537,25 mg/g) dicapai ketika laju alir adsorben diatur pada laju alir yang terkecil (1,5 ml/menit).
Daftar Pustaka
Adhoum, N., Moseer, L., Bellakhal, L., Eddine Belgaied, J., (2004), “ Treatment of Electroplating Wastewater Containing Cu
Materials, B112, p. 207
Aksu, Z. dan Gonen, H., (2004), “Biosorption of Phenol by Immobilized Activated Sludge in A Continuous Packed Bed: Prediction of Breakthrough Curves”,
613
Kalavathy, Helen., Karthik, B., Miranda, L.R., (2010), “ Removal and recover
aqueous solution using activated carbon from Hevea brasiliensis : batch and column studies”, 78, p. 291
Kobya, M., Demirbas, E., Senturk, E., Ince, M., (2005),” Adsorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions by Activated Carb
Technology, 96, p. 1518
Kula, A. Olgun, (2000), ”Effects of Colemanite Waste, Cool Bottom ash and Fly ash on The Properties of Cement”,
Leinonnen, H., (1999), “Removal of Harmful Metals from Metal Plating Waste Waters Using Selective Ion Exchangers”, Academic Disertation,University of Helsinki Faculty of Science Department of Chemistry Laboratory of Radiochemistry, Report Series in Radiochemistry p: 10
Megawati T. dan Henny, C.F.S., (2000), “ Penggunaan Bottom Ash Sebagai Material Dalam CLSM (Controlled Low Strength Material)”, Tugas Akhir Sarjana Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, nomr
995-Morfologi abu dasar ditunjukkan pada Gambar 4 (a). Terlihat bahwa
merupakan aluminosilikat. Gambar 4 (a) merupakan gambar morfologi abu dasar sebelum proses adsorpsi dan Gambar 4 (b) merupakan morfologi abu dasar setelah adsorpsi alir 4,5 ml/menit. Pada Gambar 4 (b) abu dasar telah tertutupi oleh partikel dari Zn sehingga bentuk dari abu dasar sudah tidak beraturan.
(a) (b)
Morfologi abu dasar (a) sebelum proses adsorpsi (b) sesudah proses adsorpsi
Berdasarkan penelitian ini maka dapat ditarik kesimpulan bahwa abu dasar mempunyai kemampuan yang efektif sebagai adsorben. Adsorpsi larutan Zn(II) pada abu dasar ini menggunakan parameter yang diteliti yaitu laju alir dengan mangkonstankan parameter yang lainnya (konsentrasi awal larutan 500 mg/L; pH 6 dan massa adsorben 1 g)
bertambahnya laju alir yang digunakan maka semakin menurun kapasitas adsorpsinya.
adsorpsi maksimum (537,25 mg/g) dicapai ketika laju alir adsorben diatur pada laju alir yang
Adhoum, N., Moseer, L., Bellakhal, L., Eddine Belgaied, J., (2004), “ Treatment of Electroplating Wastewater Containing Cu2+, Zn2+ and Cr (VI) by Electrocoagulation,”
, B112, p. 207-213
Aksu, Z. dan Gonen, H., (2004), “Biosorption of Phenol by Immobilized Activated Sludge in A Continuous Packed Bed: Prediction of Breakthrough Curves”, Process Biochem
Kalavathy, Helen., Karthik, B., Miranda, L.R., (2010), “ Removal and recover
aqueous solution using activated carbon from Hevea brasiliensis : batch and column studies”, 78, p. 291-302
Kobya, M., Demirbas, E., Senturk, E., Ince, M., (2005),” Adsorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions by Activated Carbon Prepared from Apricot Stone”,
, 96, p. 1518-1521
Kula, A. Olgun, (2000), ”Effects of Colemanite Waste, Cool Bottom ash and Fly ash on The Properties of Cement”, Journal of cement and concrete research, p.491
(1999), “Removal of Harmful Metals from Metal Plating Waste Waters Using Selective Ion Exchangers”, Academic Disertation,University of Helsinki Faculty of Science Department of Chemistry Laboratory of Radiochemistry, Report Series in Radiochemistry p: egawati T. dan Henny, C.F.S., (2000), “ Penggunaan Bottom Ash Sebagai Material Dalam CLSM (Controlled Low Strength Material)”, Tugas Akhir Sarjana Jurusan Teknik Sipil, Fakultas
-S, Universitas Kristen Petra, Surabaya
lihat bahwa adanya partikel yang (a) merupakan gambar morfologi abu dasar (b) merupakan morfologi abu dasar setelah adsorpsi (b) abu dasar telah tertutupi oleh partikel dari Zn
Morfologi abu dasar (a) sebelum proses adsorpsi (b) sesudah proses adsorpsi
ditarik kesimpulan bahwa abu dasar mempunyai kemampuan yang efektif sebagai adsorben. Adsorpsi larutan Zn(II) pada abu dasar ini dengan mangkonstankan parameter yang mg/L; pH 6 dan massa adsorben 1 g), semakin bertambahnya laju alir yang digunakan maka semakin menurun kapasitas adsorpsinya. Kapasitas adsorpsi maksimum (537,25 mg/g) dicapai ketika laju alir adsorben diatur pada laju alir yang
Adhoum, N., Moseer, L., Bellakhal, L., Eddine Belgaied, J., (2004), “ Treatment of Electroplating and Cr (VI) by Electrocoagulation,” Journal of Hazardous Aksu, Z. dan Gonen, H., (2004), “Biosorption of Phenol by Immobilized Activated Sludge in A Process Biochem, 39: 599– Kalavathy, Helen., Karthik, B., Miranda, L.R., (2010), “ Removal and recovery of Ni and Zn from
aqueous solution using activated carbon from Hevea brasiliensis : batch and column Kobya, M., Demirbas, E., Senturk, E., Ince, M., (2005),” Adsorption of Heavy Metal Ions from on Prepared from Apricot Stone”, Bioresource Kula, A. Olgun, (2000), ”Effects of Colemanite Waste, Cool Bottom ash and Fly ash on The
, p.491-494
(1999), “Removal of Harmful Metals from Metal Plating Waste Waters Using Selective Ion Exchangers”, Academic Disertation,University of Helsinki Faculty of Science Department of Chemistry Laboratory of Radiochemistry, Report Series in Radiochemistry p: egawati T. dan Henny, C.F.S., (2000), “ Penggunaan Bottom Ash Sebagai Material Dalam CLSM (Controlled Low Strength Material)”, Tugas Akhir Sarjana Jurusan Teknik Sipil, Fakultas
Sciban, Marina, Bogdanca, (2006), “Adsorption of Heavy Metals From electroplating wastewater by Wood Sawdust”, Journal of Bioresource Technology, P.402-409
Shin Juang, Ruey., Chien Kao, Hsiang., Yi Liu, Fong., (2005),” Ion Exchange Recovery of Ni (II) from Simulted Electroplating Waste Solutions Containing Anionic Ligands”, Journal of Hazardous Materials, B128, p. 53-59
Shingchen, Shiao, (2007), “Chromate reduction by waste iron from electroplating wastewater using plug flow reactor”, Journal of Hazardous Materials, P. 1092-1097
Vijayaraghavan, K., Jegan, J., Palanivelu, K., Velan, M., “ Removal of Nickel (II) Ions from Aqueous Solution Using Crab Shell Particles in a Packed Bed Up-Flow Column”, Journal of Hazardous Materials, B113, p. 223-230
Yanti, Yuli, (2009), “Sintesis Zeolit A dan Zeolit Karbon dari Abu Dasar Batu Bara PLTU PT IPMOMI Paiton dengan Metode Reaksi Fusi”, Jurusan KIMIA FMIPA, ITS, Surabaya