Aplikasi EPKTB pada Prekonsentrasi Larutan Model Hg2+ Respon Arus
Respon arus yang terukur pada saat prekonsentrasi larutan Hg2+ 0,1 ppm dan 1 ppm selama 30 detik dengan potensial prekonsentrasi 0,6 volt. Pada semua perlakuan waktu dari 0 hingga 3 menit respon arus belum stabil hingga waktu 30 detik, dapat dilihat dari penurunan arus terukur yang relatif tajam. Gejala ini terjadi, baik pada sampel larutan analit model 1 ppm maupun 0,1 ppm. Hal ini disebabkan karena transfer elektron dari proses reduksi belum konstan, sebanding dengan jumlah Hg2+ yang tereduksi menjadi Hg.
Variabel Experimen
Informasi yg . Dihasilkan
Aspek Kinetika yang dapat dikaji dan Luaran Data
Beda Potensial Prekonsentrasi
Pengaruh potensial thd kapasitas serapan
• Laju adsorpsi rata -rata • Potensial optimum Konsentrasi Ion Analit Kapasitas serapan EPKTB sebagai fungsi konsentrasi
• Rentang konsentrasi adsorpsi oleh EPKTB
• Model Isoterm adsorpsi Waktu
prekonsentrasi
Kapasitas serapan EPKTB sebagai fungsi konsentrasi
• Waktu optimum proses prekonsentrasi
Perbandingan kadar C-Bentonit
Kapasitas adsorpsi Laju adsorpsi dengan perbedaan perbandingan Karbon - bentonit
Waktu prekonsentrasi (detik) 0 20 40 60 R e s p o n d A ru s A 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Larutan analit model 0.1 ppm Hg2+
Larutan analit model 1 ppm Hg2+
Gambar 2. Respon arus pada proses prekonsentrasi 1 menit larutan Hg2+ 0,1 dan 1 ppm pada beda potensial 0,6 volt mengunakan EPKTB.
Kapasitas Adsorpsi Hg2+ Sebagai Fungsi Waktu dengan EPKTB pada Dua komposisi Karbon-Bentonite
Konsentrasi ion Cd2+ teradsorpsi pada potensial 0.6 volt dengan konsentrasi awal Hg2+ sebesar 3,872 ppm dan komposisi karbon-bentonit 4:2 dan 5:1, diamati pada waktu prekonsentrasi 30 sampai dengan 360 detik. Komposisi bentonite pada elektroda sangat berpengaruh terhadap kapasitas adsorpsinya. Elektroda dengan komposisi karbon-bentonit 4:2 memiliki kapasitas adsorpsi sekitar 1,5 kali kapasitas adsorpsi elektroda dengan komposisi karbon-bentonit 5:1. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa adsorpsi berlangsung melalui interaksi ion Hg2+ dengan bentonite. Laju adsorpsi ion Hg2+ oleh elektroda berlangsung secara cepat pada awal proses prekonsentrasi. Setelah sejumlah Hg terdeposisi pada elektroda adsorpsi semakin lambat. Disamping karena jumlah Hg2+ dalam larutan sudah berkurang, situs-situs adsorbat sudah ditempati oleh Hg yang tereduksi. Nilai maksimum kapasitas adsorpsi lebih cepat dicapai oleh elektroda dengan komposisi bentonite yang lebih banyak. Data ini mengindikasikan bahwa mekanisme adsorpsi oleh bentonite lebih mendominasi dibandingkan mekanisme adsorpsi yang disebabkan perbedaan potensial prekonsentrasi yang diterapkan.
Waktu pre konsentrasi (detik) 0 100 200 300 400 [H g 2 + ] te ra d s o p rs i (p p m ) 0 1 2 3 4
Gambar 3. Kapasitas adsorpsi EPKTB terhadap larutan 3,872 ppm Hg2+ pada berbagai waktu prekonsentrasi.
Pengujian kapasitas adsorpsi terhadap larutan Hg2+ yang lebih rendah (1,2975 ppm) menunjukkan bahwa setelah tahap prekonsentrasi, keseluruah ion Hg2+ yang terdapat dalam larutan seluruhnya terserap. Hasil pengujian ini ditunjukkan pada Gambar 4. Data ini mengindikasikan kapasitas adsorpsi elektroda masih di atas nilai konsentrasi analit. Akan tetapi, karena analisa dengan cara stripping voltametri dilakukan setelah tahap prekonsentrasi berdasarkan nilai arus yang dilepas ketika Hg yang terdeposisi dioksidasi kembali, maka data ini tidak menunjukkan batas konsentrasi analisis.
W aktu prekonsentrasi (detik)
0 20 40 60 R e s p o n d A ru s A 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Gambar 4. Kapasitas adsorpsi EPKTB terhadap larutan 1,2975 ppm Hg2+ pada berbagai waktu prekonsentrasi.
Kapasitas Adsorpsi EPKTB sebagai Fungsi Konsentrasi
EPKTB hasil preparasi ternyata memiliki kapasitas adsorpsi yang terbatas. Walaupun konsentrasi larutan Hg2+ model yang digunakan ditingkatkan, ternyata setelah konsentrasi larutan model Hg2+ mencapai konsentrasi 4 ppm jumlah konsentrasi yang terserap tidak mengalami peningkatan yang berarti. Jumlah pasta carbon-bentonite sebanyak 2 gram diperkirakan maksimum mengurangi konsentrasi sebesar 3.5 ppm dari 20 mL larutan awal dengan konsentrasi sekitar 4.8 ppm. Dengan menganggap kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 3,26 gram, berdasarkan percobaan ini, dilakukan analisa perilaku kinetika adsorpsi oleh elektroda. Data ini juga mengindikasikan bahwa pada konsentrasi analit 4 ppm dan konsentrasi yang lebih tinggi, elektroda akan mengadsorpsi ion Hg2+ dalam jumlah yang relatif sama. Dengan demikian jika dilakukan proses stripping voltametri, lautan Hg2+ 4 ppm tidak dapat dibedakan dengan larutan pada konsentrasi di atasnya. Pada komposisi karbon bentonite seperti ini, konsentrasi Hg2+ 4 ppm merupakan batas maksimum analisis.
Konsentrasi Hg2+ larutan model (ppm)
0 1 2 3 4 5 6 K o n s e n tr a s i H g 2 + te rs e ra p ( p p m ) 0 1 2 3 4
Gambar 5. Kapasitas adsorpsi EPKTB terhadap larutan analit model Hg2+ sebagai fungsi konsentrasi.
Kinetika Adsorpsi Hg2+ pada EPKTB Mekanisme adsorpsi ion Hg2+ pada EPKTB
Berdasarkan sifat-sifat material yang digunakan sebagai elektroda dan perilaku adsorpsi yang ditunjukkan secara experimen adsorpsi Hg2+ oleh EPKTB pada proses prekonsentrasi diperkirakan berlangsung melalui mekanisme sebagaimana diuraikan sebagai berikut. Ion Hg2+ akan teradsorpsi secara kimia pada material bentonite.
dalam struktur internal elektroda. Pada komposisi bentonite yang tinggi (seperti pada perbandingan karbon bentonite = 4: 2), adsorpsi pada permukaan akan berlangsung secara cepat sebagaimana ditunjukkan oleh tingginya pengurangan kadar Hg2+ dari larutan model. Adsorpsi pada pada permukaan elektroda oleh komponen bentonit tidak perlu menerapkan arus listrik/beda potensial. Ion Hg2+ teradsorpsi akan tereduksi menjadi bentuk logamnya setelah diterapkan arus listrik/beda potensial. Proses ini dapat dirangkum dalam Table 1.
Tabel 1
Rangkuman proses adsorpsi dan reduksi (prekonsentrasi) pada EPKTB
Tahapan/Reaksi Kondisi Laju
Adsorpsi ion Hg2+pada B permukaan:
CB—2Na+ + Hg2+ CB—Hg2+ + 2Na+
Adsorpsi kimia tanpa penerapan arus/beda potensial Cepat Reduksi ion Hg2+ CB—Hg2+ + 2e- CB—Hg Reduksi dengan penerapan arus/beda potesial Lambat
Difusi internal Hg2+ ke dalam B non permukaan
CBCB(Na+)CBCB—Hg + Hg2+ CBCBCBCB—Hg + Na+
Hg2+
Menggunakan potensial prekonsentrasi sebagai driving force
Lambat
Reduksi Hg2+ teradsorpsi internal
CBCBCBCB—Hg + 2e- CBCBCBCB—Hg Hg2+ Hg Reduksi dengan penerapan arus/beda potesial Cepat Keterangan:
C = Karbon, B = Bentonite, Hg 2+ teradsorpsi melalui mekasnisme ion exchange menggantikan Na+ yang terkandung dalam bentonite (montmorilonite).
Model Adsorpsi ion Hg2+ pada EPKTB
Untuk memperkirakan jenis adsorpsi yang terjadi (mono/multi layer, adsorpsi kimia/fisika, adsorpsi permukaan/internal), data kapasitas adsorpsi sebagai fungsi konsentrasi dianalisis berdasarkan model-model adsorpsi yang berlaku dalam adsorpsi gas dan larutan pada adsorben. Model adsorpsi yang digunakan adalah model Langmuir, Freunlich dan Tempkin. Metode analisis yang digunakan adalah iterasi nonlinier curve fitting, menggunakan program Sigma Plot 10. Selain itu, iterasi nonlinier curve fitting juga dilakukan dengan menggunakan persamaan matematis standar yang mungkin, yaitu persamaan yang menghasilkan bentuk kurva Sigmoid.
Kurva hasil fiting data experimen terhadap persamaan model ditunjukkan pada Gambar 6. Sedangkan hasil kriteria statistik dari iterasi nonlinier curve fitting ini ditunjukkan pada Tabel 2. Kurva hasil fiting data experimen terhadap persamaan model Tempkin tidak ditampilkan karena syarat parameter statistik tidak terpenuhi (tidak konvergen). Hasil ini bersesuaian dengan yang dilaporkan pada literatur yang menunjukkan bahwa adsorpsi ion logam (Cd 2+) pada serbuk bentonit memenuhi persamaan isotherm adsorpsi Freundlich. Perbedaan antara kondisi eksperimen dengan literatur adalah sebagai berikut. Adsorpsi ion Hg 2+ oleh EPKTB memiliki dua driving force, konsentrasi ion Hg 2+ dan potensial yang diterapkan. Sedangkan pada adsorpsi ion Cd 2+ sebagaimana pada (Marchal 1999), hanya memiliki konsentrasi sebagai driving force. Disamping itu morfologi material bentonite pada EPKTB berupa campuran dengan material karbon berbeda denga morfologi serbuk bentonite yang dilaporkan pada literatur. Walaupun demikian karena adsorpsi ion lebih didominasi oleh proses kimia, maka keberadaan arus listrik tidak mempengaruhi model adsorpsinya.
Konsentrasi larutan model Hg2+ (ppm)
0 1 2 3 4 5 6 F ra k s i H g 2 + t e ra d s o rp s i 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Langmuir Freundlich ax/x0)b ) a = 1.0120 b =-2.7621 c = 1.6074 x = data percobaan
Gambar 6. Kurva fitting nonlinier terhadap data eksperimen adsorpsi Hg 2+ pada berbagai konsentrasi berdasarkan model adsorpsi Langmuir, Freundlich, Tempkin dan persamaan matematis bentuk sigmoid
Berdasarkan model yang ada, hasil fitting nonlinier data experimen menunjukkan bahwa adsorpsi ion Hg 2+ pada EPKTB lebih cocok/memenuhi model Freundlich. Model ini menunjukkan terjadinya proses Chemisorption dan physical adsorption yang terjadi pada permukaan EPKTB, model Freundlich ini dapat berlaku untuk adsorpsi solut dalam larutan pada adsorben (Gates, 1991)
Table 4.2
Kriteria statistik dan parameter yang dihasilkan pada pengujian model adsorpsi terhadap data eksperimen adsorpsi Hg2+ pada berbagai konsentrasi berdasarkan model adsorpsi Langmuir, Freundlich, Tempkin dan Sigmoid
Model R (Std Error) Parameter (Std error)
Langmuir 0.9378 (0.1621) a 1.0000 (0.4948
Freundlich 0.9945 (0.0601) a 0.3176 (0.0577) b0.7390 (0.1274)
Tempkin - -
Persamaan Sigmoid 1.000 (0.00) a =1.0120 b =-2.7621 x0 = 1.6074
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Penggunaan EPKTB terhadap larutan Hg2+ menunjukkan waktu optimal yang dibutuhkan sebesar 30 detik dengan batas konsentrasi analit 4 ppm. 2. Peningkatan kadar bentonit dalam perbandingan karbon-bentonit EPKTB
meningkatkan daya adsorpsi EPKTB terhadap ion Hg2+
3. Model kinetika adsorpsi Hg2+ dalam EPKTB mengikuti model Freundlich. Model ini menunjukkan terjadinya proses Chemisorption dan physical adsorption yang terjadi pada permukaan EPKTB.
