HASIL DAN PEMBAHASAN
4.5 Pengaruh Dosis Biosorben Terhadap Biosorpsi Zat Pewarna Tekstil Methyl Orange
Uji pengaruh dosis terhadap biosorpsi zat pewarna tekstil methyl orange dilakukan dengan empat variasi dosis adsorben, yaitu dengan variasi dosis 1 g/L, 2 g/L, 3 g/L dan 4 g/L. Konsentrasi limbah cair sintesis yang digunakan pada saat pengujian adalah sebesar 100 mg/L dan volume per erlenmeyer adalah sebesar 200 mL. Biosorpsi dilakukan dengan menggunakan tiga jenis biosorben dengan mengaplikasikan kondisi optimum yang telah didapatkan dari hasil analisa sebelumnya, yaitu dengan waktu kontak selama 5 menit dan pH limbah cair sintesis 8 untuk pengujian biosorpsi dengan biosorben Ampas Teh (AT), waktu kontak selama 30 menit dan pH limbah cair sintesis 8 untuk pengujian biosorpsi dengan biosorben Ampas Teh Asam (ATA) dan waktu kontak selama 30 menit dengan pH limbah cair sintesis 2 untuk pengujian biosorpsi dengan biosorben Ampas Teh Basa (ATB). Hasil dari uji pengaruh dosis terhadap zat pewarna methyl orange yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 4.9 berikut
(a) (b)
Gambar 4.9 Pengaruh Dosis Terhadap Penyisihan Zat Pewarna Tekstil Methyl Orange (a) Kapasitas Adsorpsi; (b) Efisiensi Penyisihan
Penyisihan zat pewarna tekstil methyl orange dalam limbah cair sintesis dengan menggunakan 1 g/Lbiosorben AT memiliki efisiensi yang mencapai 44,9% dengan kapasitas adsorpsi sebesar 44,7 mg/g. Efisiensi penyisihan meningkat dengan penggunaan dosis sebanyak 2 g/L, yaitu mencapai 49% dengan kapasitas adsorpsi sebesar 24,4 mg/g, dan dosis optimum dengan penyisihan zat pewarna methyl orange tertinggi adalah 3 g/L dengan nilai penyisihan mencapai 50,6%, tetapi kapasitas adsorpsi yang dicapai hanya sebesar 16,3 mg/g. Sedangkan untuk variasi dosis 4 g/L, terjadi penurunan efisiensi penyisihan yang cukup signifikan, dimana nilai penyisihan hanya mencapai 69,2% dengan kapasitas adsorpsi sebesar 7,6 mg/g.
Biosorben ATA mampu menyisihkan 73,7% zat pewarna methyl orange dengan kapasitas adsorpsi sebesar 73,4 mg/g dengan dosis biosorben 1 g/L. Seiring dengan penambahan dosis biosorben, efisiensi penyisihan dan kapasitas adsorpsi menurun. Pada uji penyisihan zat pewarna methyl orange dengan variasi dosis 2 g/L, 3 g/Ldan 4 g/L, efisiensi penyisihan masing-masing dosis hanya mencapai 70,7%, 70,5% dan 54,5%, Sedangkan kapasitas adsorpsi adalah sebesar 35,2 mg/g, 23,4 mg/g dan 13,6 mg/g.
Penggunaan biosorben ATB meningkat efisiensi penyisihannya dari variasi dosis 1 g/L sampai dengan variasi dosis 3 g/L,dimana masing-masing mencapai 70,7% (variasi dosis 1 g/L), 77,1% (variasi dosis 2 g/L) dan 81% (variasi dosis 3 g/L), sedangkan kapasitas adsorpsi menurun, yaitu sebesar 70,3 mg/g dengan dosis 1 g/L menjadi 38,4mg/g dengan dosis 2 g/L dan 26,9 mg/g dengan dosis 3 g/L. Pada uji variasi dosis 4
0,0
g/L, efisiensi penyisihan menurun menjadi 72,2% dan kapasitas adsorpsi sebesar 18 mg/g.
Analisa data diatas menunjukkan bahwasetiap biosorben masing-masing memiliki kinerja yang optimum dengan dosis berbeda. Biosorben AT dan ATB memiliki efisiensi penyisihan tertinggi dengan dosis 3 g/L untuk 200 mL limbah cair sintesis dengan konsentrasi 100 mg/L, masing-masing mencapai 49,2% dan 81%. Sedangkan untuk biosorben ATA, persen penyisihan tertinggi dicapai sebesar 73,7% dengan dosis biosorben 1 g/L. Menurut Selvasembian et al (2018), peningkatan persen penyisihan dengan peningkatan dosis biosorben disebabkan oleh ketersediaan area permukaan yang lebih luas dan jumlah situs pengikatan yang lebihtinggi pada biosorben. Kapasitas biosorben berkurang pada dosis biosorben yang lebih tinggi, hal ini karena situs biosorben yang tidak jenuh pada konsentrasi zat pewarna yang telah ditentukan dan pengumpulan biosorben menyebabkan penurunan luas permukaan total biosorben dan peningkatan panjang jalur difusional.
4.6 Kinetika Adsorpsi
Studi kinetik merupakan faktor bergantung waktu untuk menentukan waktu kesetimbangan terhadap adsorben spesifik, yang akan membantu dalam proses desain pengolahan air limbah industri (Islam et al, 2015). Model Orde Pertama Semu dan Orde Kedua Semu digunakan dalam menguji kinetika adsorpsi zat pewarna methyl orange.
Menurut Madrakian et al (2012), Model Orde Pertama Semu dan Orde Kedua Semu merupakan permodelan yang paling banyak digunakan untuk mempelajari kinetika adsorpsi zat pewarna dan mengkuantifikasi tingkat serapan dalam kinetika adsorpsi.
Persamaan Orde Pertama Semu ditunjukkan pada Persamaan 2.2 seperti berikut.
(2.4)
Dimana qe dan qt masing-masing merupakan kapasitas adsorpsi pada kesetimbangan dan pada waktu t (mg/g), k1 merupakan konstanta kecepatan dari adsorpsi orde semu pertama (lmin-1). Persamaan Orde Kedua yang digunakan ditunjukkan pada Persamaan 2.9 seperti berikut:
(2.9)
Dimana k2 merupakan konstanta laju Orde Semu Kedua (g mg-1 min -1).
(a) (b)
Gambar 4.10 Grafik Kinetika Adsorpsi Zat Pewarna Methyl Orange (a) Orde Pertama Semu (b) Orde Kedua Semu
Dari Gambar 4.10 didapatkan persamaan dan nilai koefisien korelasi masing-masing model kinetika yang disajikan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Persamaan dan Nilai Koefisien Korelasi Model Kinetika Adsorpsi
Biosorben
Pada model kinetika Orde Pertama Semu dibuat plot linier antara log (qe – qt) versus t.
Biosorben AT memiliki persamaan y = -0,016x + 0,0799. Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa kapasitas adsorpsi maksimum (qe) berdasarkan persamaan Orde Pertama Semu adalah sebesar 6,0 mg/g dan laju adsorpsi (k1) adalah 0,0368 min-1. Nilai koefisien korelasi (R2) adalah sebesar 0,4574. Biosorben ATA memiliki persamaan
y = -0,0199x + 1,0848 dimana kapasitas adsorpsi maksimum yang didapatkan adalah sebesar 12,1 mg/g dan laju adsorpsi adalah sebesar 0,0458 min-1 dengan nilai koefisien korelasi adalah sebesar 0,4262. Sedangkan untuk biosorben ATB, persamaan yang dihasilkan adalah y = -0,0391x + 0,9731 dimana kapasitas adsorpsi maksimum adalah sebesar 9,4 mg/g dan laju adsorpsi sebesar 0,09 min-1 dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,7635.
Tabel 4.2 menunjukkan bahwa model kinetika Orde Pertama Semu tidak dapat digunakan untuk menjelaskan proses biosorpsi yang terjadi. Ini karena rendahnya nilai koefisien korelasi dari model kinetika Orde Pertama Semu (0,4574 untuk biosorben AT, 0,4262 untuk biosorben ATA dan 0,7635 untuk biosorben ATB). Maka, laju biosorpsi zat pewarna methyl orange bukan dibatasi oleh physisorption.
Analisa kinetika adsorpsi menggunakan model kinetika Orde Kedua Semu dilakukan dengan membuat plot linier antara t/qt versus t menghasilkan beberapa persamaan dan nilai koefisien korelasi untuk masing-masing biosorben. Biosorben AT memiliki persamaan y = 0,0431x + 0,0292 dengan nilai koefisien korelasi (R2) sebesar 0,9992 sehingga diperoleh nilai kapasitas maksimumnya adalah 23,2 mg/g dan laju biosorpsi
(k2) adalah 0,0636 g/mg.min. Biosorben ATA memiliki persamaan y = 0,0137x + 0,0037 yang memiliki nilai koefisien korelasi (R2) sebesar 0,9999
sehingga diperoleh nilai kapasitas adsorpsi maksimum dan laju biosorpsinya adalah 72,9 mg/g dan 0,0507 g/mg.min. Kemudian untuk biosorben ATB, persamaan yang didapatkan adalah y = 0,057x – 0,0543 dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9940 sehingga nilai kapasitas adsorpsi maksimum dan laju biosorpsinya adalah 17,5 mg/g dan 0,0598 g/mg.min.
Hasil analisa yang dilakukan terhadap data di atas, dapat disimpulkan bahwa proses biosorpsi yang terjadi dengan menggunakan ketiga jenis biosorben ampas teh memenuhi model kinetika Orde Kedua Semu, sehingga proses yang terjadi adalah proses penyerapan dimana pembatas laju diasumsikan adalah chemisorption.
Pengambilan kesimpulan ini berdasarkan nilai koefisien korelasi (R2) yang mendekati nilai 1. Ho dan Mckay (1999) menyatakan bahwa model kinetika Orde Kedua Semu memperkirakan perilaku biosorpsi selama seluruh waktu berlangsungnya proses biosorpsi. Model Orde Kedua Semu berdasarkan pada asumsi bahwa langkah pembatas
laju mungkin sorpsi kimiawi atau chemisorption melibatkan gaya valensi melalui pembagian atau pertukaran elektron antara sorben dan sorbat. Parameter kinetika adsorpsi dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Parameter Model Kinetika Adsorpsi Zat Pewarna Methyl Orange
Orde Pertama Semu (Pseudo First Order)
Biosorben qe
Orde Kedua Semu (Pseudo Second Order)
Biosorben qe
Menurut Riyanti (2016), Nilai k menunjukkan cepat lambatnya proses adsorpsi, semakin besar nilai k, maka semakin cepat pula proses adsorpsi berlangsung.
Berdasarkan pernyataan sebelumnya, Tabel 4.3 menunjukkan bahwa kecepatan proses biosorpsi yang terbaik terjadi saat adsorpsi zat pewarna methyl orange dengan menggunakan biosorben AT dan ATA, yaitu sebesar 0,06 g/mg.min, sedangkan biosorben ATA memiliki kecepatan proses biosorpsi sebesar 0,05 g/mg.min.
4.7 Isoterm Adsorpsi
Model isoterm adosorpsi digunakan untuk menggambarkan interaksi biosorben dengan biosorbat dan mengadakan hubungan antara kapasitas biosorpsi dan konsentrasi fase cair biosorbat pada kondisi kesetimbangan pada temperatur konstan. Korelasi yang paling sesuai dari data kesetimbangan biosorpsi dibutuhkan untuk mengoptimasi desain sistem biosorpsi untuk penyisihan zat pewarna (Ncibi, 2008). Model isoterm biosorpsi
menyediakan data fisikokimia yang fundamental, digunakan untuk mengevaluasi kelayakan aplikasi proses biosorpsi. Setiap model isoterm dikarakterisasi oleh konstanta tertentu, yang menyediakan informais signifikan terhadap sifat permukaan biosorben, afinitas biosorben terhadap biosorbat, mekanisme penyisihan dan kapasitas penyisihan biosorben (Selvasembian et al, 2014). Pada penelitian ini, model isoterm yang digunakan untuk menggambarkan proses biosorpsi yang terjadi adalah model Isoterm Langmuir dan Isoterm Freundlich.
Persamaan yang digunakan untuk menentukan kedua model isoterm tersebut masing-masing terdapat pada persamaan 2.16 (Langmuir) dan 2.18 (Freundlich). Grafik isotherm adsorpsi ditunjukkan pada Gambar 4.11.
(2.16)
Dimana qe (mg/g) merupakan jumlah methyl orange teradsorpsi per unit massa membran, Ce (mg/L) merupakan konsentrasi larutan methyl orange pada kondisi kesetimbangan adsorpsi, qm merupakan kapasitas adsorpsi dan Ka (L/mg) merupakan konstanta terkait dengan daya ikat dari situs pengikat (Kumar et al, 2013).
⁄ (2.18)
Dimana KF merupakan ukuran kapasitas adsorpsi dan 1/n merupakan intensitas adsorpsi.
(a) (b)
Gambar 4.11 Grafik Isoterm Adsorpsi Zat Pewarna Methyl Orange (a) Isoterm Langmuir (b) Isoterm Freundlich
y = 0,0187x - 0,0017
Persamaan serta nilai koefisien korelasi (R2) yang didapatkan dari Gambar 4.11 ditunjukkan pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Persamaan dan Nilai Koefisien Korelasi Permodelan Isoterm Adsorpsi
Biosorben
Biosorben AT yang mengadsorpsi zat pewarna methyl orange menghasilkan data yang disajikan dalam bentuk kurva pola isoterm adsorpsi Langmuir yang memiliki persamaan garis lurus y = 0,0187x – 0,0017 yang memiliki gradien Qe/Ce = 0,0187 dan garis ini memotong sumbu Qe = -0,0017 yang menghasilkan nilai regresi linier (R2) sebesar 0,9912. Kapasitas adsorpsi maksimum (qmax) yang diperoleh adalah sebesar 53,5 mg/g
dan konstanta Langmuir sebesar 11 L/mg. Biosorben ATA memiliki persamaan y = 0,0414x – 0,2282 yang memiliki gradien Qe/Ce = 0,0414 dan garis ini memotor
sumbu Qe = -0,2282 yang menghasilkan nilai koefisiensi korelasi sebesar 0,9987.
Kapasitas adsorpsi maksimum (qmax) yang diperoleh adalah 24,1 mg/g dan konstanta afinitas Langmuir sebesar 0,2 L/mg. Untuk biosorben ATB, didapatkan persamaan y = 0,0301x + 0,3845 yang memiliki gradien Qe/Ce = 0,0301 dan berpotongan dengan sumbu Qe = 0,3845 yang menghasilkan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9005.
Kapasitas adsorpsi maksimum (qmax) dan konstanta Langmuir biosorben ATB adalah sebesar 33,2 mg/g dan 0,1 L/mg.
Tabel 4.4 menunjukkan bahwa model isoterm Langmuir dapat menggambarkan proses biosorpsi yang terjadi dengan sesuai. Hal ini didasarkan pada nilai R2 yang memadai (AT 0,9912, ATA 0,9987 dan ATB 0,9005). Maka dapat dikatakan bahwa proses biosorpsi terjadi pada permukaan homogen melalui pembentukan lapisan tunggal (monolayer) tanpa adanya interaksi dengan molekul yang telah terbiosorpsi. Kemudian, semua situs biosorpsi memiliki afinitas biosorbat yang sama dan biosorpsi pada satu situs biosorben tidak akan mempengaruhi biosorpsi pada situs lainnya (Selvasembian et al, 2018).
Gambar 4.11 (b) menyajikan kurva pola isoterm adsorpsi Freundlich oleh biosorben AT yang memiliki persamaan garis lurus y = -3,3906x + 7,2068 dengan gradien 1/qmax Kf = -3,3906 yang memotong sumbu log qe pada 7,2068 sehingga diperoleh nilai intensitas adsorpsi (1/n) sebesar 0,3 mg/g dan Konstanta Freundlich sebesar 16099040,76 (mg-1) dengan nilai koefisien korelasi (R2) sebesar 0,4513. Nilai intensitas adsorpsi dari model isoterm Freundlich (n) yang diperoleh adalah sebesar 0,2949.
Biosorben ATA memiliki persamaan y = -2,5410x+5,2935 dengan gradien 1/qmax Kf = -2,5410 yang memotong sumbu log qe pada 5,2935 sehingga diperoleh nilai intensitas adsorpsi sebesar 0,4 mg/g dan Konstanta Freundlich sebesar 196562,2 L/mg dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,7531. Untuk biosorben ATB, didapatkan persamaan y
= 0,8669 + 0,3280 dengan gradien 1/qmax Kf = 0,8669 yang berpotongan dengan log qe pada 0,3280 sehingga diperoleh nilai intensitas adsorpsi sebesar 1,1 mg/g dan Konstanta Freundlich sebesar 2,1 L/mg.
Tabel 4.4 menunjukkan bahwa model isoterm Freundlich tidak dapat digunakan untuk menggambarkan proses biosorpsi yang terjadi untuk ketiga biosorben yang digunakan.
Ini dilihat dari nilai koefisien korelasi (R2) yang sangat rendah, yaitu 0,4513 untuk biosorben AT, 0,7531 untuk biosorben ATA dan 0,0878 untuk biosorben ATB.
Parameter model isoterm adsorpsi zat pewarna methyl orange dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Parameter Model Isoterm Adsorpsi Zat Pewarna Methyl Orange Model Parameter Ampas Teh
Melalui diskusi mengenai konstanta isoterm, dapat diperkirakan apakah suatu sistem biosorpsi baik atau tidak. Karakteristik penting dari isoterm Langmuir dapat dinyatakan dengan „RL‟, sebuah konstanta tanpa dimensi yang dimaksudkan kepada faktor pemisah atau parameter kesetimbangan RL. Parameter ini menyatakan bahwa jenis isoterm adalah irreversible (RL=0), baik (0<RL<1), linear (RL=1) atau tidak baik (RL>1) (Chen et al, 2011). Rumus RL dapat dilihat pada persamaan (2.15). Dari Tabel 4.5, dapat dilihat bahwa nilai RL untuk ketiga jenis biosorben beradadi antara 0<RL<1 sehingga dapat disimpulkan bahwa biosorpsi zat pewarna methyl orange dengan ketiga jenis biosorben berlangsung cukup baik (favorable).
BAB V