Adsorpsi Zat Warna Dari Limbah Cair Sintetis Dengan
Menggunakan Lumpur Aktif
Augustin Eko Prasetyo, Ida Kurniawan, Sandy Budi Hartono, Suryadi Ismadji*
Jurusan Teknik Kimia Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya Jalan Kalijudan 37, Surabaya 60114
Telp (031) 3891264; Fax (031) 3891267 e-mail : suryadi@mail.wima.ac.id
INTISARI
Industri tekstil merupakan salah satu industri yang sangat berkembang di Indonesia. Industri ini menjadi komoditi ekspor yang diandalkan, tetapi industri tekstil ini dapat menimbulkan masalah yang serius bagi lingkungan terutama masalah limbah cairnya. Oleh karena itu air limbah tekstil harus diolah terlebih dahulu sebelum keluar pabrik. Alternatif pengolahannya adalah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan isoterm adsorpsi zat warna pada lumpur aktif tersebut. Model isoterm adsorpsi yang akan digunakan adalah model Langmuir, Freundlich, dan Sips.
Penelitian dilakukan pada skala laboratorium dengan variasi penambahan volume lumpur aktif. Zat warna yang digunakan adalah Congo Red dan Rhodamine-B. Pertama, di dalam erlenmeyer yang berisi larutan zat warna ditambahkan lumpur aktif dengan berat tertentu. Setelah itu larutan dimasukkan di dalam water bath shaker selama 72 jam dengan suhu dijaga pada 30 ˚C. Kemudian larutan tersebut disaring dengan kertas saring. Setiap selang waktu 24 jam, kadar zat warna dalam larutan diukur dengan menggunakan spektrofotometer UV/VIS. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan, dikeringkan di dalam oven selama 1 hari dengan suhu dijaga 110 ˚C. Data yang diperoleh selanjutnya akan digunakan untuk menentukan konstanta model Langmuir, Freundlich, dan Sips untuk kemudian di scale-up untuk penggunaan di industri.
Dari hasil penelitian kali ini dapat disimpulkan bahwa Persamaan Freundlich lebih cocok untuk menggambarkan isoterm adsorpsi Rhodamine-B dan Congo Red dengan adsorben lumpur aktif daripada dengan menggunakan persamaan Langmuir dan Sips.
1. PENDAHULUAN
Saat ini masalah pengolahan limbah menjadi salah satu perhatian, terutama limbah zat warna dari industri tekstil. Hal ini dikarenakan apabila tidak dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang, maka limbah tersebut dapat mengakibatkan pencemaran karena zat warna yang banyak digunakan pada industri bersifat non-biodegradable yang berarti tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme, sehingga bila dibiarkan dapat mencemari air permukaan. Oleh karena itu limbah zat warna dari industri tekstil tidak dapat dibuang tanpa pengolahan terlebih dahulu.
Berbagai alternatif pengolahan limbah tekstil telah dicoba, yaitu penambahan zat-zat tertentu (koagulan atau flocculan), dengan menggunakan mikroorganisme untuk menguraikan limbah, dan adsorpsi. Adsorpsi merupakan metode yang paling efektif dalam pengolahan limbah zat warna tersebut.
Adsorpsi merupakan suatu gejala permukaan dimana molekul suatu zat terikat pada permukaan zat cair atau zat padat. Zat yang mengadsorpsi disebut dengan adsorben, sedangkan zat yang menempel disebut dengan adsorbat. Dalam proses adsorpsi, zat hanya terikat pada permukaan, tidak melewati permukaan dan terdistribusi merata ke dalam zat cair atau zat padat. Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah lumpur akti, dimana lumpur aktif tersebut merupakan limbah pula. Diharapkan lumpur aktif dapat digunakan untuk mengolah limbah zat warna tersebut. Untuk mengetahuinya maka digunakan persamaan isoterm Langmuir, Freundlich, dan Sips.
1.1. Persamaan Langmuir
Persamaan isoterm Langmuir memiliki bentuk sebagai berikut
0
Ce adalah konsentrasi larutan zat warna pada saat equilibrium (mg/lt), qe adalah jumlah solut yang
diadsorpsi per unit berat adsorben (mg/gr), Q0 adalah konstanta kapasitas adsorpsi (mg), b adalah konstanta energi adsorpsi (lt/mg) [1].
1.2. Persamaan Freundlich
Persamaan isoterm Freundlich memiliki bentuk sebagai berikut
n e f
e
k
C
q
=
.
1/ (2)qe adalah massa solut yang teradsorpsi tiap satuan massa adsorben. Ce adalah konsentrasi solut di dalam
larutan pada kondisi kesetimbangan. Kf dan n adalah konstanta Freundlich [2].
1.3. Persamaan Sips
Persamaan isoterm Sips memiliki bentuk sebagai berikut
( )
q adalah jumlah adsorbat yang terserap/jumlah adsorben, qm adalah kapasitas adsorpsi dari adsorben, Ce
adalah konsentrasi keestimbangan, b adalah koefisien afinitas, n adalah nilai keheterogenan permukaan adsorben [3].
1.4. Zat warna
Zat warna yang digunakan pada penelitian ini adalah Rhodamine-B dan Congo Red. Kedua zat warna inilah yang sering dipakai dalam industri tekstil. Karakteristik kedua zat warna tersebut adalah:
1. Rhodamine-B
Rhodamine-B termasuk jenis zat warna Xanthene. Kelarutan Rhodamine-B dalam air < 1 gr/liter. Diameter partikelnya sekitar 8,9405 Amstrong. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Rhodamine-B dapat terdegradasi maksimum hanya 32% dengan menggunakan microflora. Oleh karena itu, Rhodamine-B tergolong sulit untuk terdegradasi atau non-biodegradable. Rumus molekul Rhodamine-B dapat dilihat pada gambar 1 [4].
Gambar 1. Struktur molekul Rhodamine-B 2. Congo Red
tergolong sulit untuk terdegradasi atau non-biodegradable. Rumus molekul Rhodamine-B dapat dilihat pada gambar 2 [4].
Gambar 2. Struktur molekul Congo Red
2. METODOLOGI PERCOBAAN
2.1. Penentuan kurva baku zat warna dan pembuatan larutan zat warna
Pada penelitian ini pertama-tama dilakukan penentuan kurva baku zat warna. Mula-mula dibuat larutan zat warna Rhodamine-B 5 mgr/l dibuat sebanyak 1000 mL. Kemudian, dibuat larutan standar Rhodamine-B dari larutan induk sebanyak 25 mL, yang masing-masing berkonsentrasi 1 mgr/L, 2 mgr/l, 3 mgr/L, 4 mgr/L, dan 5 mgr/l. Diukur panjang gelombang maksimum dari zat warna Rhodamine-B, dengan mengukur absorbansi larutan standar Rhodamine-B 3 mgr/L mulai dari range panjang gelombang 540-560 nm dengan menggunakan Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Dan diperoleh panjang gelombang maksimum untuk Rhodamine-B adalah 553 nm. Dibuat kurva baku dari larutan standar tersebut. Konsentrasi Rhodamine-B dalam sampel dapat dihitung. Diulangi cara kerja tersebut di atas untuk zat warna Congo Red dengan range panjang gelombang mulai dari 480-540 nm. Dan diperoleh panjang gelombang maksimum Congo red adalah 502 nm.
Pertama-tama zat warna Rhodamine-B ditimbang sebanyak 0,3 gr, kemudian zat warna tersebut dilarutkan dalam aquades hingga 1 L dalam labu ukur. Pembuatan larutan zat warna tersebut diulangi sebanyak 4 kali. Cara kerja tersebut di atas diulangi untuk zat warna Congo Red.
2.2. Adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif basah/segar
Pada penelitian proses adsorpsi zat warna, dimulai dengan zat warna diambil sebanyak 200 mL, dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Kemudian, ke dalam erlenmeyer tersebut ditambahkan lumpur aktif basah sebanyak 20, 30, 40, 50, 60, 70 ml. Setelah itu, erlenmeyer dimasukkan di dalam Water Bath Shaker Memmert W 350, water bath shaker dijalankan selama 72 jam dan suhu dijaga pada 30 °C. Kemudian larutan tersebut disaring dengan kertas saring, dilakukan pengecekan larutan untuk setiap selang waktu 24 jam dengan Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan dikeringkan di dalam Vacuum drying oven Duo-vac hingga konstan dan suhu dijaga 110°C.
2.3. Adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif kering.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian kali ini menggunakan adsorben lumpur aktif yang berupa liquid atau lumpur. Lumpur aktif tersebut mengandung mikroorganisme yang dapat menguraikan zat warna (biodegradasi) selain mengadsorpnya.
Zat warna tersebut merupakan bahan organik yang dapat diuraikan oleh bakteri. Akan tetapi, karena pada penelitian ini ingin diketahui kapasitas adsorpsi dari lumpur aktif tersebut, maka percobaan yang dilakukan meliputi dua tahap, yaitu dengan menggunakan lumpur aktif dan lumpur aktif kering untuk mengetahui besarnya adsorpsi yang terjadi. Lumpur aktif kering diperoleh dengan mengeringkan lumpur aktif dalam oven hingga beratnya konstan. Setelah proses adsorpsi, lumpur aktif yang digunakan dikeringkan dalam oven yang bersuhu 1100C, dimana pada suhu 1100C volatile suspended solid (VSS), dalam hal ini mikroorganisme, tidak terurai. Kemudian konsentrasi larutan setelah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif basah dikurangkan dengan konsentrasi larutan setelah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif kering merupakan nilai biodegradasi yang terjadi.
Dari hasil analisa data percobaan dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir, Freundlich dan Sips diperoleh parameter-parameter persamaan-persamaan tersebut seperti terlihat pada tabel 1-3.
Tabel 1. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Langmuir
Zat warna Qo b R2
Rhodamine-B 4,409 . 1010 5.0761 . 10-11 0,7562
Congo Red 2528,3142 0,2475 0,8889
Tabel 2. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Freundlich
Zat warna Kf n R2
Rhodamine-B 0,0394 0,5556 0,9437
Congo Red 555,9717 1,5260 0,9280
Tabel 3. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Sips
Zat warna Qm b n R2
Rhodamine-B 1,052 . 104 1,049 . 10-3 0,5371 0,9435
Congo Red 6,016 . 105 2,809 . 10-5 0,4072 0,9348
Isoterm adsorpsi untuk adsorpsi Rhodamine-B dengan menggunakan lumpur aktif dapat digambarkan pada gambar 3-5. Pada gambar tersebut data penelitian dilambangkan dengan symbol sedangkan model isoterm adsorpsi dilambangkan dengan garis.
Freundlich Rhodamine-B Konsentrasi, mg/l
120 140 160 180
q,
m
g ads
or
bat
/g
r ads
or
ben
200 250 300 350 400 450 500
y = 0,0394 . X 1,7999
R2
= 0.9437
Konsentrasi, mg/l
Gambar 4. Grafik isoterm adsorpsi Langmuir untuk Rhodamine-B
konsentrasi, mg/l
120 130 140 150 160 170 180 190
q,
Gambar 5. Grafik isoterm adsorpsi Sips untuk Rhodamine-B
Isoterm adsorpsi untuk adsorpsi Congo Red dengan menggunakan lumpur aktif dapat digambarkan pada gambar 6-8. Pada gambar tersebut data penelitian dilambangkan dengan symbol sedangkan model isoterm adsorpsi dilambangkan dengan garis.
Konsentrasi, mg/l
Konsentrasi, mg/l
Gambar 7. Grafik isoterm adsorpsi Langmuir untuk Congo Red
konsentrasi, mg/l
Gambar 8. Grafik isoterm adsorpsi Sips untuk Congo Red
Dari gambar isoterm adsorpsi, baik untuk Rhodamine-B maupun Congo Red, dapat dilihat bahwa semakin banyak massa lumpur aktif yang ditambahkan, maka zat warna yang bisa diadsorp juga semakin banyak. Hal ini disebabkan oleh karena dengan semakin banyak jumlah lumpur aktif yang ditambahkan, maka jumlah suspended solid dan mikroorganisme yang terdapat pada lumpur aktif tersebut juga semakin banyak, dimana diketahui bahwa yang dapat mengadsorp zat warna tersebut adalah suspended solid dan mikroorganisme yang ada pada lumpur aktif tersebut. Akan tetapi jumlah adsorbat yang dapat diadsorp tiap satuan berat adsorben menurun seiring dengan bertambahnya jumlah lumpur aktif yang ditambahkan. Hal ini disebabkan karena jumlah adsorbat yang dapat diadsorp tersebut ditinjau tiap gram adsorben, sehingga meskipun yang diserap semakin banyak, karena ditinjau tiap gram adsorben, maka jumlah adsorbat yang dapat diserap tiap gramnya lebih sedikit.
Gugus Carboxyl Gugus Phosphat OH
O
C- PO4
3-Gambar 9. Gugus fungsional pada permukaan lumpur aktif.
Selain itu, dalam air, Congo Red terionisasi dalam bentuk anion (bermuatan negatif), dan Rhodamine-B terionisasi dalam bentuk kation (bermuatan positif). Selain itu, Rhodamine-Rhodamine-B memiliki gugus fungsional yang bersifat asam, yaitu -COOH dan -Cl, sedangkan Congo Red memiliki gugus fungsional -SO3 yang juga bersifat asam. Akan tetapi, sifat asam yang dimiliki –SO3 lebih kuat daripada -Cl, sehingga pH Rhodamine-B lebih besar daripada Congo Red. Diketahui bahwa pada pH yang semakin rendah, maka permukaan lumpur aktif juga akan bersifat semakin positif, sehingga akan menarik ion-ion yang bermuatan negatif, dalam hal ini Congo Red, sehingga Congo Red lebih banyak terserap daripada Rhodamine-B. [6]
Persamaan Langmuir dan Sips secara umum memberikan standard deviasi ( R2 ) yang bagus, tetapi persamaan ini secara fisik tidak dapat mewakili isoterm adsorpsi kedua zat warna yang digunakan dalam penelitian ini karena untuk persamaan Langmuir, harga Qo yang mewakili kapasitas adsorpsi terlalu besar. Sedangkan untuk persamaan Sips harga parameter Qm yang mewakili kapasitas adsorpsi menunjukkan harga yang sangat besar pula, sehingga tidak memungkinkan untuk mewakili isoterm adsorpsi zat warna tersebut dengan menggunakan lumpur aktif.
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian adsorpsi zat warna dari limbah cair sintetis dengan menggunakan lumpur aktif didapatkan kesimpulan bahwa proses adsorpsi Rhodamine-B dan Congo Red dengan menggunakan lumpur aktif mengikuti isoterm adsorpsi Freundlich.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Hines, L. A. and R. N. Maddox (1985). Mass Transfer, Fundamentals and Application. New Jersey, PTR Prentice Hall.
[2] Treybal, R. E. (1981). Mass Transfer Operations. Singapore, McGraw Hill Book Co.
[3]Ismadji, S and Bhatia, S.K., (2000), "Adsorption of Flavour Esters on Granular Activated Carbon", Canadian Journal of Chemical engineering 78: 892-901.
[4]Djufri, Rasjid, et al., (1976). Teknologi Pengelantangan dan Pencelupan. Bandung, Institut Teknologi Tekstil.
[5] Loukidou, M.X., Karanpantsios, T.D., Zouboulis, A.L., and Matis, K.A., (2005), "Cadmium (II) Biosorption By Aeromonas caviae : Kinetic Modeling, Separation Science and Technology 40: 1293-1311
