HASIL DAN PEMBAHASAN
4.5 Pengaruh Dosis Adsorben Terhadap Penyisihan Timbal (Pb) dan Kadmium (Cd)
4.5.2 Pengaruh Dosis Adsorben Terhadap Penyisihan Kadmium (Cd)
Uji adsorpsi kadmium (Cd), hasil yang diperoleh tidak jauh berbeda dengan uji adsorpsi timbal (Pb). Hasil uji adsorpsi Cd dapat dilihat pada Gambar 4.9. Pada biosorben juga sama seperti di uji adsorpsi Pb mengalami penurunan efisiensi di pemberian dosis adsorben 0,75 hingga dosis 1,25 gram. Adapun nilai efisiensi penyisihan masing – masing dosis yaitu 94,1% dengan kapasitas adsorpsi 73,8 mg/g pada dosis adsorben 0,25 gram, 98,2% dengan kapasitas adsorpsi 38,4 mg/g pada dosis adsorben 0,5 gram, 97,1% dengan kapasitas adsorpsi 25,4 mg/g pada dosis adsorben 0,75 gram, 92,2%
dengan kapasitas adsorpsi 18,1 mg/g pada dosis adsorben 1,0 gram dan 91,9% dengan kapasitas adsorpsi 14,4 mg/g pada dosis adsorben 1,25 gram.
Adsorpsi Pb oleh karbon aktif, nilai efisiensi penyisihan yaitu 70,3% dengan kapasitas adsorpsi 55,1 mg/g pada dosis adsorben 0,25 gram, 98% dengan kapasitas adsorpsi 38,5 mg/g pada dosis adsorben 0,5 gram, 97,8% dengan kapasitas adsorpsi 25,6 mg/g pada dosis adsorben 0,75 gram, 98% dengan kapasitas adsorpsi 19,2 mg/g pada dosis adsorben 1,0 gram dan 98% dengan kapasitas adsorpsi 15,4 mg/g pada dosis adsorben 1,25 gram.
Gambar 4.9 Pengaruh Dosis Adsorben Terhadap Penyisihan Cd
Peningkatan adsorpsi dengan dosis adsorben dapat dikaitkan dengan peningkatan permukaan adsorpsi dan ketersediaan lebih banyak situs adsorpsi (SenthilKumar et al., 2010). Namun pada penelitian ini, saat adsorpsi Pb dan Cd terjadi peristiwa penurunan efisiensi penyisihan pada biosorben dan peristiwa turun naiknya efisiensi penyisihan pada karbon aktif. Peristiwa ini terjadi karena ketika penambahan adsorben terus dilakukan di atas jumlah optimal, situs yang aktif dapat menutup situs yang aktif satu sama lain (Tesyafe, et al., 2014). Sehingga konsentrasi ion yang telah terikat pada permukaan adsorben akan terdesorpsi kembali kelarutan (Irawan, dkk, 2015). Menurut Nurhasni (2012) bertambahnya massa adsorben berarti akan menambah jumlah partikel dan luas permukaannya akan semakin besar, sehingga menyebabkan nilai efisiensi penyisihan juga bertambah. Namun dengan bertambahnya nilai efisiensi penyisihan berarti mengakibatkan penurunan kapasitas adsorpsi. Penurunan kapasiats adsorpsi ini akan mengakibatkan desorbsi. Desorbsi adalah kondisi dimana ketika adsorben sudah jenuh atau mendekati jenuh, maka adsorbat yang telah terserap akan terlepas dari adsorben dan kembali menjadi pengotor di sampel, sehingga mnurunkan efisiensi penyisihan.
4.6 Kinetika Adsorpsi
Adsorpsi dapat terjadi melalui berbagai jenis proses transfer adsorbat dan kinetika terutama dikendalikan oleh berbagai faktor seperti difusi massal, difusi eksternal, difusi intraparticular, adsorpsi logam oleh kompleksasi, atau fisika-kimia, atau pertukaran ion (Ho et al.,2000; Prasad dan Saxena, 2004; Hameed et al., 2008). Model kinetika
sedangkan grafik plot untuk analisa model kinetika adsorpsi Cd dapat dilihat pada Gambar 4.11. Persamaan yang digunakan untuk pseudo orde pertama adalah persamaan 2.3 dan untuk pseudo orde kedua adalah persamaan 2.4. Bentuk Persamaan 2.3 dan 2.4:
log (qe-qt) = log (qe) -
(2.3)
keterangan:
qt dan qe = kapasitas adsorpsi pada waktu t (mg N/g) dan pada waktu kesetimbangan k1 = konstanta laju kesetimbangan adsorpsi pada orde pertama (1/menit)
(2.4)
Keterangan:
qt dan qe = jumlah yang terserap pada waktu t (mg N/g) dan pada waktu kesetimbangan
k2 = konstanta laju kesetimbangan adsorpsi pada orde kedua (g/mg menit)
(a)
(b)
Gambar 4.10 (a) Grafik Linear Kinetika Adsorpsi Pb Pseudo Orde Pertama (b) Grafik Linear Kinetika Adsorpsi Pb Pseudo Orde Kedua
(a)
(b)
4.11 (a) Grafik Linear Kinetika Adsorpsi Cd Pseudo Orde Pertama (b) Grafik Linear Kinetika Adsorpsi Cd Pseudo Orde Kedua
y = -0,1357x + 1,0571
Persamaan dan nilai koefisien korelasi masing-masing model kinetika yang diperoleh disajikan pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Persamaan dan Nilai Korelasi Kinetika
Adsorben
Model Kinetika
Pseudo Orde Pertama Pseudo Orde Kedua
Persamaan R2 Persamaan R2 persamaan dan nilai koefisien korelasi. Biosorben untuk adsorpsi Pb, persamaan yang diperoleh yaitu y = -0.1404x + 1.0366 dengan nilai R2 sebesar 0,677. Pada karbon aktif untuk adsorpsi Pb, persamaan yang diperoleh dari plot linear dari log (qe-qt) terhadap waktu (t) yaitu y = -0.1108x + 0.7628 dengan nilai R2 sebesar 0,5858. Persamaan yang diperoleh dari plot linear dari t/qt terhadap waktu (t) untuk model kinetika orde kedua semu pada biosorben dalam mengadsorpsi Pb yaitu y = 0.0255x - 0.0012 dengan nilai R2 sebesar 1. Pada karbon aktif untuk adsorpsi Pb, persamaan yang diperoleh yaitu y = 0.051x - 0.006 dengan nilai R2 sebesar 0,9999
Biosorben untuk adsorpsi Cd, persamaan yang diperoleh dari plot linear dari log (qe-qt) terhadap waktu (t) untuk model kinetika orde pertama semu yaitu y = -0.1357x + 1.0571 dengan nilai R2 sebesar 0,6868. Pada karbon aktif untuk adsorpsi Pb, persamaan yang diperoleh yaitu y = -0.1052x + 0.7821 dengan nilai R2 sebesar 0,5865. Sedangkan pada biosorben untuk adsorpsi Cd, persamaan yang diperoleh dari plot linear dari t/qt terhadap waktu (t) untuk model kinetika orde kedua semu yaitu y = 0.0261x - 0.0017 dengan nilai R2 sebesar 0,9999. Pada karbon aktif untuk adsorpsi Cd, persamaan yang diperoleh yaitu y = 0.0523x - 0.0077 dengan nilai R2 sebesar 0,9999.
Hasil analisa di atas dapat disimpulkan bahwa proses adsorpsi logam Pb maupun Cd yang terjadi dengan menggunakan biosorben maupun karbon aktif lebih tepat dijelaskan dengan kinetika pseudo orde kedua. Kesimpulan ini berdasarkan nilai koefisien korelasi (R2) yang mendekati nilai satu. Menurut Ho dan Mckay (1998), suatu proses adsorpsi
yang mengikuti model kinetika orde dua semu menyiratkan reaksi pengikatan kimianya adalah langkah pembatas laju. Parameter model kinetika yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.3 sebagai berikut:
Tabel 4.3 Parameter Model Kinetika Adsorpsi Pb dan Cd
Adsorben Model
Tabel diatas menunjukkan nilai k dari masing – masing adsorben. Nilai k menunjukkan cepat lambatnya proses adsorpsi, semakin besar nilai k, maka semakin cepat pula proses adsorpsi berlangsung (Riyanti. 2016). Nilai k untuk biosorben yang mengadsorpsi Pb pada pseudo orde pertama sebesar 0,33 dan pada pseudo orde kedua sebesar 0,54.
Karbon aktif yang mengadsorpsi Pb pada pseudo orde pertama memiliki nilai k sebesar 0,25 dan pada pseudo orde kedua sebesar 0,43. Sedangkan adsorpsi Cd oleh biosorben pada pseudo orde pertama memiliki nilai k sebesar 0,31 dan pada pseudo orde kedua sebesar 0,4. Adsorpsi Cd oleh karbon aktif pada pseudo orde pertama memiliki nilai k sebesar 0,24 dan pada pseudo orde kedua sebesar 0,35.
4.7 Isoterm Adsorpsi
Interaksi dan distribusi ion logam pada permukaan adsorben dapat dijelaskan oleh studi isoterm adsorpsi (Rangabhasiyam et al., 2014; Etim et al., 2012). Untuk isoterm adsorpsi digunakan model Langmuir dan Freundlich yang disajikan pada Gambar 4.12 dan Gambar 4.13 berupa bentuk grafik. Persamaan yang digunakan untuk isotherm Langmuir adalah Persamaan 2.7 dan untuk isoterm Freundlich adalah persamaan 2.9.
Bentuk Persamaan 2.7 dan 2.9:
(2.7)
Keterangan:
Ce = konsentrasi kesetimbangan (mg /l)
qe = jumlah logam teradsorpsi per unit massa adsorben pada kesetimbangan (mg / g)
qm = kapasitas adsorpsi maksimum teoritis (mg/g 1) KL/Ka = konstan isotherm Langmuir (l/mg 1).
(2.9)
Keterangan:
Ce = Konsentrasi logam pada saat kesetimbangan (mg N/L)
qe = Jumlah logam yang terserap per satuan massa adsorben pada saat kesetimbangan (mgN/g)
Kf = Konstanta isotherm adsorpsi Freundlich yang berkaitan dengan tingkat kapasitas adsorpsi
(a)
(b)
Gambar 4.12 (a) Grafik Linear Isoterm Langmuir Adsorpsi Pb (b) Grafik Linear Isoterm Freundlich Adsorpsi Pb
y = 0,0672x - 0,0983
(a)
(b)
Gambar 4.13 (a) Grafik Linear Isoterm Langmuir Adsorpsi Cd (b) Grafik Linear Isoterm Freundlich Adsorpsi Cd
y = 0,0699x - 0,1202
Berdasarkan Gambar 4.9 dan Gambar 4.10 diperoleh persamaan dan nilai koefisien korelasi masing-masing model kinetika yang disajikan pada Tabel 4.4
Tabel 4.4 Persamaan dan Nilai Koefisien Korelasi Pemodelan Isoterm Adsorpsi
Adsorben regresi (R2) sebesar 0,7221. Biosorben yang mengadsorpsi Cd pada isoterm Langmuir memiliki persamaan garis lurus y = 0.0699x - 0.1202 yang menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,7281. Adsorpsi Pb oleh biosorben pada isoterm Freundlich memiliki persamaan garis lurus y = -0,3412x + 1,6656 yang menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,1253. Adsorpsi Cd oleh biosorben pada isoterm Freundlich memiliki persamaan garis lurus y = -0.3523x + 1.6823 yang menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,1.
Sedangkan untuk karbon aktif yang mengadsorpsi Pb pada isoterm Langmuir memiliki persamaan garis lurus y = 0.0146x + 0.052 yang menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,9748. Karbon aktif yang mengadsorpsi Cd pada isoterm Langmuir memiliki persamaan garis lurus y = 0.0161x + 0.0597 menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,9782.
Sedangkan Adsorpsi Pb oleh karbon aktif pada isoterm Freundlich memiliki persamaan garis lurus y = 0,3488x + 1.2914 yang menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,5976.
Adsorpsi Cd oleh karbon aktif pada isoterm Freundlich memiliki persamaan garis lurus y = 0,3256x + 1.2651 yang menghasilkan regresi (R2) sebesar 0,6.
Berdasarkan data diatas dapat disimpulkan mengenai pemodelan yang sesuai untuk biosorben maupun karbon aktif dalam adsorpsi Pb dan Cd dengan melihat nilai R2 yang mendekati 1. Biosorben dan karbon aktif dalam adsorpsi logam Pb dan Cd, nilai R2 yang
paling mendekati satu yaitu pada model isoterm Langmuir. Isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa ion diserap di situs tertentu yang monoenergetik pada permukaan sorben dan setiap situs hanya dapat menampung satu molekul atau ion. Ion yang diserap tidak dapat berpindah di seluruh permukaan atau berinteraksi dengan molekul lainnya (Hasany dan Ahmad, 2006). Persamaan pada tabel diatas diperoleh parameter isoterm adsorpsi Pb dan Cd yang dapat dilihat dari Tabel 4.5 sebagai berikut:
Tabel 4.5 Parameter Isoterm Adsorpsi Pb dan Cd
Model Parameter
Pb Cd
Biosorben Karbon Aktif Biosorben Karbon Aktif Model Isoterm Langmuir
Adsorpsi maks (mg/g) 14,9 68,5 14,3 62,1
Konstanta afinitas
Langmuir (l/mg) 0,7 0,3 0,6 0,3
RL Dimensi kuantitas
adsorpsi 0,01 0,03 0,02 0,04
Model Isoterm Freundlich
Intensitas adsorpsi (mg/g) 2,9 2,9 2,8 3,1
Konstanta freundlich 46,3 19,6 48,1 18,4
Nilai RL pada tabel dari biosorben dan karbon aktif dalam mengadsorpsi Pb dan Cd di antara 0-1. Hal ini menjelaskan bahwa terjadi proses adsorpsi logam Pb dan Cd yang baik oleh adsorben sabut kelapa. Menurut Tan et al. (2008) bahwa nilai RL
menunjukkan model proses isoterm yang mana proses yang baik yang nilai RL antara 0 dan 1. Data dari di tabel diatas menunjukkan bahwa biosorben maupun karbon aktif dalam mengadsorpsi Pb memiliki nilai intensitas adsorpsi (n) yang sama yaitu 2,9.
Sedangkan untuk adsorpsi Cd, biosorben memiliki nilai n sebesar 2,8 dan karbon aktif sebesar 3,1. Menurut Li et al. (2015), nilai n = 2 – 10 menunjukkan intensitas adsorpsi yang baik. Maka dapat disimpulkan bahwa adsorpsi logam Pb dan Cd dengan menggunakan biosorben dan karbon aktif berjalan baik (favorable). Berdasarkan data tabel di atas, nilai Kf biosorben lebih besar dibandingkan dengan karbon aktif. Menurut Etim et al. (2016), konstanta adsorpsi Freundlich terkait dengan kapasitas adsorpsi dari adsorben yang dapat digunakan untuk menjelaskan sejauh mana adsorpsi dan intensitas adsorpsi antara konsentrasi zat terlarut dan adsorben.
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat dari penelitian Tugas Akhir ini adalah:
1. Dari hasil uji SEM-EDS, karbon aktif yang diaktivasi H3PO4 memiliki permukaan yang lebih kasar dan pori – pori yang lebih besar dibandingkan yang biosorben. Hal ini membuktikan bahwa dengan dilakukannya aktivasi terhadap adsorben sabut kelapa dapat memperbesar pori – pori dan pemperluas pori – pori.
2. Dari hasil FT-IR biosorben memiliki gugus fungsi terutama gugus C-H, C-O dan C=C sedangkan karbon aktif memiliki gugus fungsi terutama C=C dan O-H.
3. Dari hasil uji daya serap iodine karbon aktif memiliki daya serap yang lebih besar yaitu sebesar 906 mg/g dan biosorben 868 mg/g.
4. a. Efisiensi penyisihan timbal saat mencapai waktu optimum pada biosorben sabut kelapa sebesar 89,9 % dengan kapasitas adsorpsi 19,9 mg/g dan pada karbon aktif sabut kelapa 92,8 % dengan kapasitas adsorpsi 18,5 mg/g. Efisiensi penyisihan Cd saat mencapai waktu optimum pada biosorben sabut kelapa sebesar 86,7 % dengan kapasitas adsorpsi 16,9 mg/g dan pada karbon aktif 89,9 % dengan kapasitas adsorpsi 17,6 mg/g. Dimana kondisi optimum biosorben sabut kelapa dalam mengadsorpsi Pb dan Cd yaitu pada waktu 30 menit dengan pH 5 dan dosis adsorben 0,5 gram. Sedangkan kondisi optimum karbon aktif dari sabut kelapa dalam mengadsorpsi Pb dan Cd yaitu pada waktu 45 menit dengan pH 5 dan dosis adsorben 1,0 gram.
5. a. Model kinetika yang sesuai untuk biosorben dan karbon aktif dari sabut kelapa dalam mengadsorpsi Pb dan Cd adalah pseudo orde kedua dengan nilai R2 masing-masing sebesar 0,9999 Pemodelan isotherm adsorpsi yang sesuai untuk biosorben maupun karbon aktif dalam mengadsorpsi Pb dan Cd adalah model Langmuir. Nilai R2 pada adsorpsi Pb dan Cd oleh biosorben masing – masing sebesar 0,7221 dan 0,7281. Nilai R2 pada penyisihan Pb dan Cd oleh karbon aktif masing - masing sebesar 0,9748 dan 0,9782.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat diberikan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah:
1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya melakukan penelitian mengenai pengaruh pirolisis menggunakan N2 terhadap perubahan komponen awal dalam adsorben.
2. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan kontinyu atau fixed bed terhadap penyisihan logam untuk mengetahui perbandingannya.
3. Untuk penelitian selanjutnya, pada proses aktivasi dapat dilakukan dengan menggunakan basa untuk melihat perbedaan /perbandingan dengan yang dengan aktivasi asam.
4. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya melakukan perbandingan hasil efisiensi adsorpsi antara adsorben yang dipirolisis dengan yang hanya dikarbonisasi biasa.