HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 DATA SEKUNDER
Data sekunder yang digunakan diambil dari penelitian Rajendran dan Mansiya (2011) dimana biosorben yang digunakan adalah cangkang telur dan adsorbat yang digunakan adalah limbah logam kromium yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.
V = volume larutan pada percobaan (L) C0 = konsentrasi awal larutan (mg/L)
Ce = konsentrasi larutan pada kesetimbangan (mg/L) Ef = efektivitas penurunan kandungan logam (%)
Menurut Misfadhila dkk. (2018), jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben pada saat kesetimbangan (qe) dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 4.1 yang selanjutnya hasil perhitungan kapasitas adsorpsi data dan kapasitas adsorpsi setiap model masing-masing ditunjukkan pada Tabel 4.2 dan Tabel 4.3. Efektivitas adsorpsi dapat dianalisa dengan menghitung efektivitas penurunan (Ef) yaitu kandungan logam berat awal dikurangi dengan kandungan logam berat akhir per kandungan logam berat awal dalam mg/L seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 4.2
qe =๐ถ0 - ๐ถm ๐รV (4.1)
Ce = konsentrasi larutan pada kesetimbangan (mg/L) m = massa adsorben (g)
V = volume larutan pada percobaan (L)
4.2 ISOTERM ADSORPSI
Penentuan model isoterm adsorpsi yang cocok pada umumnya dilakukan dengan cara membandingkan model-model isoterm adsorpsi yang ada pada sistem monolayer (Aini dan Supratikno, 2018; Hossain dkk., 2012; Ngabura dkk., 2018;
Sen dkk., 2015; Igwe dan Abia, 2007; Khosrowshahi dan Behnajady, 2016). Hal ini disebabkan pada sistem multilayer kemungkinan akan terbentuk site kosong sehingga banyaknya molekul yang terjerap sulit diprediksi sedangkan pada sistem monolayer, semua site yang ada akan ditempati sehingga lebih memungkinkan untuk memprediksi jumlah molekul yang terjerap (Ertugay dan Malkoc, 2019). Di sisi lain, adsorpsi pada sistem monolayer terjadi secara reversibel sedangkan adsorpsi pada sistem multilayer dapat terjadi secara histeresis yaitu peristiwa dimana sistem tidak dapat kembali ke keadaan semula (Seader dan Henley, 2006).
Berdasarkan beberapa penelitian dengan logam berat sebagai adsorbat dan biomassa sebagai prekursornya, Hossain dkk. (2012) memperoleh Redlich-Peterson sebagai model terbaik dan Ngabura dkk. (2018) memperoleh Toth sebagai model terbaik. Penelitian yang dilakukan oleh Hossain dkk. (2012) memperoleh Langmuir sebagai model terbaik, Sen dkk. (2015) memperoleh Freundlich sebagai model terbaik. Adapun penelitian yang dilakukan oleh Igwe dan Abia (2007) memperoleh Dubinin-Radushkevich sebagai model terbaik, serta Khosrowshahi dan Behnajady (2016) memperoleh Sips, Toth, dan Redlich-Peterson sebagai model
Oleh karena itu, digunakan beberapa model isoterm adsorpsi dengan sistem monolayer pada pembahasan ini yaitu model Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich, Redlich-Peterson, Sips, dan Toth. Pada penelitian ini juga dilakukan percobaan pada model isoterm adsorpsi sistem multilayer yaitu model Halsey.
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.3 maka akan diperoleh grafik persamaan isoterm adsorpsi Halsey dapat dilihat pada Gambar 4.1.
ln(qe)= [(n1
H) ln(KH)] - (n1
H) ln (C1
e) (4.3)
Berdasarkan Persamaan 4.3 diketahui bahwa KH dan nH adalah konstanta Halsey yang diperoleh dari slope dan intercept dari grafik ln(qe) versus ln(1/Ce).
Model Halsey biasanya cocok digunakan untuk sistem adsorpsi multilayer. Model Halsey juga cocok untuk adsorpsi pada permukaan heterogen dimana proses adsorpsi tidak terdistribusi secara seragam (Liu dan Wang, 2013).
Gambar 4.1 Model Isoterm Adsorpsi Halsey
4.2.1 Model Isoterm Langmuir
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.4 dan Persamaan 4.5 maka akan diperoleh grafik persamaan isoterm adsorpsi Langmuir seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.
0 5000 10000 15000 20000 25000
ln qe (mg/g)
ln (1/Ce) (mg/L) R2= 0,9516
RL = 1
1+๐พ๐ฟ.C0 (4.5)
dimana qe adalah jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben pada saat kesetimbangan (mg/g), qm adalah kapasitas adsorpsi (mg/g), KL adalah konstanta adsorpsi Langmuir (L/mg), Ce adalah konsentrasi larutan adsorbat dalam adsorben pada saat kesetimbangan (mg/L), RL adalah faktor pembeda jenis adsorpsi saat kesetimbangan, dan C0 adalah konsentrasi larutan adsorbat awal (mg/L).
Model isoterm adsorpsi Langmuir adalah model yang menggunakan pendekatan kinetika dimana kesetimbangan terjadi jika kecepatan adsorpsi sama dengan kecepatan desorpsi. Asumsi yang digunakan oleh persamaan Langmuir yaitu sebagai berikut:
1. Adsorpsi terjadi secara kimia
2. Adsorben merupakan sistem dengan tingkat energi homogen sehingga afinitas molekul terjerap sama untuk setiap bagian
3. Adsorbat yang terjerap membentuk lapisan monolayer 4. Tidak ada interaksi antar molekul yang terjerap
5. Molekul yang terjerap pada permukaan adsorben tidak berpindah-pindah.
Parameter RL pada Persamaan 4.4 berhubungan dengan jenis adsorspi apakah adsorpsi yang terjadi tidak menguntungkan (unfavorable), menguntungkan (favorable), linier, maupun irreversible. Apabila RL > 1 maka adsorpsi yang terjadi tidak menguntungkan (unfavorable), RL = 1 maka adsorpsi terjadi secara linier, 0 <
RL < 1 maka adsorpsi yang terjadi menguntungkan (favorable), sedangkan RL = 0 maka adsorpsi terjadi secara irreversible (Al-Ghouti dan Daโana, 2020).
Berdasarkan curve fitting yang dilakukan, diperoleh nilai qm sebesar 640,4 mg/g dan KL sebesar 4,68.10-5 L/mg, maka diperoleh nilai RL = 0,466 yang menunjukkan bahwa adorpsi yang terjadi menguntungkan.
Gambar 4.2 Model Isoterm Adsorpsi Langmuir
4.2.2 Model Isoterm Freundlich
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.6 maka akan diperoleh grafik isoterm adsorpsi Freundlich seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3.
qe =KFCe1n (4.6)
dimana qe adalah jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben pada saat kesetimbangan (mg/g), KF adalah konstanta adsorpsi Freundlich (L1/n.mg/g.mg1/n), Ce adalah konsentrasi larutan adsorbat dalam adsorben pada saat kesetimbangan (mg/L), dan 1/n adalah intensitas adsorpsi atau heterogenitas permukaan.
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 5000 10000 15000 20000 25000
qe (mg/g)
Ce (mg/L) R2 = 0,9719
Gambar 4.3 Model Isoterm Adsorpsi Freundlich
Model isoterm adsorpsi Freundlich menggambarkan suatu proses adsorpsi yang reversibel dan tidak ideal. Penerapan model Freundlich tidak hanya terbatas pada formasi monolayer tetapi juga dimungkinkan pada adsorpsi multilayer.
Intensitas adsorpsi atau permukaan heterogenitas yang menunjukkan distribusi energi relatif dan heterogenitas adsorbat. Ketika 1/n lebih besar dari 0 (0<1/n<1) maka proses adsorpsi menguntungkan (favorable), jika 1/n lebih besar dari 1 maka proses adsorpsi tidak menguntungkan (unfavorable), apabila 1/n =1 maka proses adsorpsi irreversible (Al-Ghouti dan Daโana, 2020). Berdasarkan curve fitting yang dilakukan, diperoleh nilai n sebesar 1,416 dan KF sebesar 0,2911 L1/n.mg/g.mg1/n. Dengan demikian diperoleh nilai 1/n = 0,7062 yang menunjukkan bahwa adsorpsi yang terjadi menguntungkan (favorable).
4.2.3 Model Isoterm Dubinin-Radushkevich
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.7 dan Persamaan 4.8 maka akan diperoleh grafik persamaan isoterm adsorpsi Dubinin-Radushkevich seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.
qe = qs e-๐พ๐ทฮต2 (4.7)
0 5000 10000 15000 20000 25000
qe (mg/g)
Ce (mg/L) R2 = 0,9516
dimana qe adalah jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben pada saat kesetimbangan (mg/g), qs adalah kapasitas adsorpsi teoritis (mg/g), KD adalah konstanta energi adsorpsi (mol2/J2), ฮต adalah potensi adsorpsi (J/mol), R adalah konstanta gas (8,314 J/mol.K), T adalah temperatur absolut (K), dan Ce adalah konsentrasi larutan adsorbat dalam adsorben pada saat kesetimbangan (mg/L).
Gambar 4.4 Model Isoterm Adsorpsi Dubinin-Radushkevich
Model isoterm adsorpsi Dubinin-Radushkevich dikembangkan untuk menjelaskan pengaruh struktur pori dari adsorben (Hu dan Zhang, 2019). Model ini digunakan untuk mengekspresikan mekanisme adsorpsi dengan distribusi ke permukaan heterogen. Model ini cocok untuk adsorpsi multilayer yang melibatkan gaya Van der Waal dan dapat diterapkan pada proses adsorpsi fisik. Penerapan model ini biasanya digunakan untuk membedakan antara adsorpsi ion metal secara fisik maupun kimia (Al-Ghouti dan Daโana, 2020). Berdasarkan curve fitting yang dilakukan, diperoleh KD sebesar 9,63.103 L/mg dan qs sebesar 292,5 mg/g.
0 50 100 150 200 250 300 350
0 5000 10000 15000 20000 25000
qe (mg/g)
Ce (mg/L) R2= 0,9154
4.2.4 Model Isoterm Redlich-Peterson
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.9 maka akan diperoleh gambar grafik persamaan isoterm Redlich-Peterson seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5.
qe = ๐พ๐ ๐ถ๐
1+๐๐ ๐ถ๐g (4.9)
dimana qe adalah jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben pada saat kesetimbangan (mg/g), KR adalah konstanta adsorpsi Redlich-Peterson (L/g), aR
adalah konstanta adsorpsi Redlich-Peterson (1/mg), g adalah konstanta eksponen Redlich-Peterson, dan Ce adalah konsentrasi larutan adsorbat dalam adsorben pada saat kesetimbangan (mg/L).
Gambar 4.5 Model Isoterm Adsorpsi Redlich-Peterson
Model isoterm adsorpsi Redlich-Peterson merupakan gabungan antara model isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich dengan tiga parameter.
Mekanisme adsorpsinya tidak seperti model adsorpsi monolayer yang ideal. Model adsorpsi ini juga serba guna karena dapat digunakan untuk sistem homogen maupun heterogen (Al-Ghouti dan Daโana, 2020). Berdasarkan curve fitting yang dilakukan, diperoleh nilai KR sebesar 0,02516 L/g, aR sebesar 4,84.10-8 L/mg, dan g sebesar
0 5000 10000 15000 20000 25000
qe (mg/g)
Ce (mg/L) R2= 0,9766
4.2.5 Model Isoterm Sips
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.10 maka akan diperoleh grafik persamaan isoterm adsorpsi Sips seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.
qe = ๐๐ ๐พ๐ ๐ถ๐
ns
1+๐พ๐ ๐ถ๐ns (4.10)
dimana qS adalah kapasitas adsorpsi maksimum Sips (mg/g), KS adalah konstanta model isoterm adsorpsi Sips (L/mg), Ce adalah konsentrasi larutan adsorbat dalam adsorben pada saat kesetimbangan (mg/L), ns adalah konstanta isoterm Sips
Model isoterm adsorpsi Sips merupakan kombinasi dari model isoterm Freundlich dan model isoterm Langmuir. Model isoterm Sips digunakan untuk memprediksi heterogenitas sistem adsorpsi. Apabila ns bernilai 1 atau mendekati 1 maka menunjukkan bahwa sistem homogen (Al-Ghouti dan Daโana, 2020). Model ini cocok untuk adsorpsi lokal tanpa adanya interaksi antara adsorbat dengan adsorbat. Pada konsentrasi adsorbat yang rendah, model Sips tidak mengikuti aturan dari model isoterm adsorpsi Henry dan akan tereduksi menjadi model Freundlich sementara pada konsentrasi adsorbat yang tinggi, model Sips akan memprediksi karakteristik serapan monolayer Langmuir (Kumara dkk., 2014).
Berdasarkan curve fitting yang dilakukan, diperoleh nilai KS sebesar 0,002605 L/mg, qS sebesar 413,1 mg/g, dan nS sebesar 1,402.
Gambar 4.6 Model Isoterm Adsorpsi Sips
4.2.6 Model Isoterm Toth
Berdasarkan rumus yang ditunjukkan pada Persamaan 4.11 maka akan diperoleh grafik persamaan isoterm adsorpsi Toth seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. konsentrasi larutan adsorbat dalam adsorben pada saat kesetimbangan (mg/L), aT
adalah konstanta adsorpsi Toth (L/mg), dan t adalah model eksponen Toth (mg/g).
Model isoterm adsorpsi Toth adalah hasil modifikasi dari model isoterm adsorpsi Langmuir dimana model ini akan mengurangi kesalahan antara data eksperimen dengan prediksi data kesetimbangan. Model ini cocok untuk sistem adsorpsi heterogen serta cocok untuk adsorbat pada konsentrasi tinggi maupun rendah (Ayawei, dkk., 2017). Berdasarkan curve fitting yang dilakukan, diperoleh nilai aT sebesar 1,62.104, KT sebesar 111,6 L/g, dan t sebesar 1,182 mg/g.
0 5000 10000 15000 20000 25000
qe (mg/g)
Ce (mg/L) R2 = 0,9802
Gambar 4.7 Model Isoterm Adsorpsi Toth