TINJAUAN PUSTAKA
2.2 LOGAM KADMIUM
Kadmium (Cd) adalah logam berat beracun yang memasuki lingkungan melalui berbagai sumber antropogenik, dan menghambatnya pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Kadmium (Cd) termasuk di antara kontaminasi logam, dan dianggap sebagai perhatian lingkungan utama bagi pertanian Sistem sebagai waktu tinggal di tanah lebih dari ribuan tahun. Kadmium telah ditempatkan pada posisi ketujuh peringkat di antara racun atas (Nazar dkk., 2012). Sifat fisik dan kimia kadmium yaitu ketahanan terhadap korosi (khususnya basa dan lingkungan air laut), suhu leleh rendah, aktivitas pertukaran ion cepat, listrik tinggi dan termal
konduktivitas (baik dalam bentuk paduan dan oksida) membuatnya sesuai untuk dimasukkan ke dalam baterai, paduan dan untuk lempeng listrik, pengelasan, listrik, dan aplikasi fisi nuklir. Terutama, kadmium digunakan untuk menghasilkan pewarna, stabilisator pelapis pelindung plastik dan elektroplating, solder dan paduan, batang kadmium (Sarkar dkk., 2013).
Kadmium merupakan logam lembut berwarna perak keputih-putihan. Struktur fisik dari kadmium adalah memiliki nomor atom 48, berat atom 112,411, radius kristal ionik 0,97, keelektronegatifan 1,50, potensi ionisasi 8,993, pada keadaan oksidasi +2 elektron konfigurasi Kr 4d1 5S2, densitas 8,64 g/cm3, titik leleh 320,9°C dan titik didih 765°C di 100 kPa (Raikwar dkk., 2008). Terkontaminasi dalam jangka panjang terhadap kadmium melalui udara, air, tanah, dan makanan menyebabkan kanker dan toksisitas sistem organ tubuh seperti skeletal, urin, reproduksi, kardiovaskular, saraf pusat dan perifer, dan sistem pernapasan (Rahimzadeh dkk., 2017).
2.3 ADSORPSI
Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain. Adsorben yang dapat digunakan yaitu mempunyai gugus hidroksil dan amida untuk bisa mengadsorpsi ion logam, karena proses adsorpsi terjadi karena interaksi antara ion logam dengan gugus fungsional yang terdapat pada bagian adsorben, untuk membentuk senyawa kompleks (Abdillah dkk., 2015). Adsorpsi merupakan metode yang efektif untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan. Metode adsorpsi bergantung pada kemampuan permukaan adsorben untuk menarik molekul-molekul gas, uap atau cairan (Sun dkk., 2013). Dalam adsorbsi digunakan istilah adsorbat dan adsorben, dimana adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorben merupakan suatu media penyerap yang dalam hal ini berupa senyawa karbon (Syauqiah dkk., 2011).
2.3.1 Mekanisme Adsorpsi
Mekanisme penjerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisiosorpsi) dan jerapan secara kimia (kemisorpsi). Pada proses fisiosorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah gaya-gaya van der waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika
relatif rendah sekitar 20 kj/mol. Sedangkan pada proses adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentuk-an ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der waals atau melalui ikatan hidrogen.
Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen) dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Mekanisme proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben secara kimia dan fisika (Syauqiah dkk., 2011).
2.3.2 Faktor–Faktor Yang Mempengaruhi Adsorpsi
Banyaknya molekul molekul gas yang teradsorpsi pada permukaan adsorben dipengaruhi oleh beberapa faktor (Atmoko, 2012) yaitu sebagai berikut :
1. Sifat adsorben
a. Kemurnian adsorben
Adsorben yang lebih murni memiliki daya adsorbsi yang lebih baik
b. Luas permukaan dan volume pori adsorben Semakin besar luas permukaan adsorben maka semakin besar pula jumlah adsorbat yang dapat diserap.
2. Jenis adsorbat
a. Kepolaran adsorbat Apabila memiliki diameter yang sama molekul molekul polar lebih kuat diadsorpsi dari pada molekul molekul yang kurang polar.
b. Ukuran molekul adsorbat Molekul molekul yang bisa di adsorpsi adalah molekul molekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari diameter pori.
3. Temperatur Berkurangnya temperatur akan menambah jumlah adsorbat yang teradsorpsi dan sebaliknya.
2.3.3 Kapasitas Adsorpsi
Jumlah logam yang teradsorpsi pada ekuilibrium, qe (mg/g) ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.1 (Ademiluyi dan Ujile, 2013).
qe=(C0- mCe)V (2.1) Persentase penyisihan logam pada waktu t, ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.2 (Ademiluyi dan Ujile, 2013).
R
=
C0 - CC0
x
100% (2.2)Sedangkan jumlah logam yang teradsorpsi pada waktu t, qt (mg/g) ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.3 (Haryanto dkk., 2016).
qt
=
(C0 - Cmt)V (2.3) dimana Co, Ce dan Ct adalah konsentrasi awal, ekuilibrium dan pada waktu t (mg/L), V adalah volume larutan (L), m adalah berat adsorben (g) dan C adalah konsentrasi pada akhir adsorpsi.2.3.4 Kinetika Adsorpsi
Kinetika adsorpsi merupakan laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam jangka waktu tertentu. Untuk menyelidiki proses adsorpsi logam berat, model kinetik yang berbeda digunakan untuk menggambarkan tingkat penyerapan adsorbat pada adsorben. Tujuannya untuk mempelajari kinetika adsorpsi dan menemukan model terbaik yang cocok untuk data eksperimen (Chen dkk., 2011).
a. Persamaan Pseudo Orde Satu
Dalam banyak kasus, model kinetika persamaan orde satu kurang cocok dengan seluruh rentang waktu kontak, dan umumnya berlaku pada tahap awal proses adsorpsi [28]. Persamaan orde satu dinyatakan menggunakan Persamaan 2.4 (Liu dkk., 2013). keadaan setimbang dan selang waktu tertentu, t (min) dan k1 merupakan tetapan laju adsorpsi persamaan orde satu (min-1). Hubungan antara 1/qt vs t akan menghasilkan sebuah garis lurus untuk mendapatkan tingkat parameter. Parameter tersebut adalah nilai k1, kapasitas adsorpsi (qe) dan koefisien korelasi (R2).
b. Persamaan Pseudo Orde Dua
Persamaan dua memiliki model yang lebih baik dibandingkan persamaan lainnya. Hal ini dapat dibuktikan dengan nilai koefisien korelasi (R2) yang didapatkannya cukup besar (Arshadi dkk., 2014) dan nilai qe teoritis yang dihasilkan sangat dekat dengan nilai qe eksperimental, hal ini menunjukkan bahwa data adsorpsi sangat cocok dibuat dengan menggunakan persamaan persamaan orde dua (Liu dkk.,
2013). Persamaan orde dua dinyatakan menggunakan Persamaan 2.5 (Chen dkk.,
Dimana k2 merupakan tetapan laju adsorpsi persamaan orde dua (g/mg.min).
c. Pemodelan Difusi Internal
Difusi internal merupakan proses dimana difusi ion terjadi pada permukaan dalam dan pori-pori. Difusi internal dapat dideskripsikan menggunakan data percobaan mengikuti Persamaan 2.6 (Al-Degs dkk., 2006).
qt= kidt1/2 (2.6) Dimana qt adalah kapasitas adsorpsi pada waktu t (mg/g), kid adalah koefisien difusi (mg/g.min1/2) dan t adalah waktu adsorpsi.
d. Pemodelan Difusi Eksternal
Difusi eksternal merupakan proses dimana difusi dari suatu ion hanya meliputi bagian luar permukaan adsorben atau memiliki keterbatasan. Difusi eksternal dapat dideskripsikan menggunakan Persamaan 2.7 (Al-Degs dkk., 2006).
lnCt/C0= -kf(A/V)t (2.7) Dimana C0, Ct, kf, A/V dan t berturut-turut adalah konsentrasi awal larutan, konsentrasi pada waktu t, koefisien difusi eksternal, perbandingan antara total luas permukaan partikel terhadap volume larutan dan waktu adsorpsi.
2.4 PASIR
Pasir adalah mineral endapan yang memiliki ukuran antara 0,074-0,075 mm dengan ukuran kasar sebesar 3-5 mm dan halus sebesar <1 mm. Pasir dimungkinkan memiliki kandungan mineral yang berbeda-beda, seperti Fe, Ti, Mg, dan Si (Sunaryo dan Iwan, 2010). Menurut Shoni (2013) (Pambudi, 2013), pasir laut hitam memiliki kandungan silika dioksida (SiO2) antara 87-95%, sedangkan pasir putih memiliki kandungan silika dioksida (SiO2) antara 72-84%. Komposisi kelompok fungsional dari atom silika, oksigen, dan hidrogen dapat direpresentasikan sebagai berikut:
S OH + Mn+ S OM(n-1)+ + H+
2 S OH + Mn+ (S O)2 M(n-2)+ + 2H+
Dimana S merupakan atom pusat (Si) pada penyerapan yang dilakukan oleh permukaan silikat. Permukaan kelompok hidroksil berdisosiasi dalam air dan berfungsi sebagai basa Lewis terhadap kation logam (Mn+). Seperti bagian terdeprotonasinya (satu atau mungkin dua) yang membentuk senyawa kompleks dengan ion logam berat (Awan dkk., 2003).
Besarnya kandungan silika dioksida (SiO2) yang terdapat dalam pasir laut (baik pasir hitam maupun pasir putih) membuat pasir laut dapat mengikat ion berat Cd (II). Ion negatif yang ada pada silika dioksida akan berikatan dengan ion Cd (II). Semakin besar kandungan silika dioksida (SiO2) yang ada di dalam pasir laut, maka kemampuan adsorpsi ion logam Cd (II) semakin besar (Christian, 2016).