1 ARANG AKTIF BUAH JABON PUTIH (Anthocephalus cadamba Miq.)
UNTUK PENJERAPAN ION KROMIUM(VI)
Anastasia Kinzky Zipora Nainggolan1*, T. Abu Hanifah2
1 Mahasiswa Program S1 Kimia
2 Dosen Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia
*[email protected] ABSTRACT
The aim of this study was to determine the efficiency and adsorption capacity of activated carbon of white jabon fruit in adsorbing chromium(VI) ions, determine the kinetic model and adsorption isotherm and the percent regeneration of activated carbon of white jabon fruit. The making of white jabon fruit carbon is carried out by carbonization process at 300℃ for 30 minutes. Jabon fruit carbon was activated with NaOH solution with a ratio of carbon and activator 1:3 (w/w). Characterization of activated carbon refers to SNI 06-3730-1995. Functional groups of activated carbon were analyzed using FTIR, activated carbon morphology and elemental composition of activated carbon were analyzed using SEM-EDS. Surface area, pore volume and pore radius were analyzed using BET method and metal ion concentrations were analyzed using ICP. The yield of carbon obtained was 66.55%. The results of characterization of activated carbon obtained a moisture content of 1.86%, ash content of 1.29%, adsorption capacity of iodine 1149.92 mg/g and adsorption capacity of methylene blue 24.9824 mg/g. The FTIR results showed that the functional groups of activated carbon in white jabon fruit were N-H, aliphatic C-H, aromatic C-H, C=O, C-O-C and O-Cr.
The best adsorption conditions were obtained at pH 2, contact time 30 minutes and adsorbate concentration of 40 mg/L with an efficiency of 87.19% and an adsorption capacity of 1.6651 mg/g. The percentage of regeneration reached 98.53%. The pHpzc obtained was 6.8. pH<pHpzc so that the surface of activated carbon is positively charged. Based on the results of the BET, activated carbon from white jabon fruit has a surface area before adsorption of 2.3899 m2/g, after adsorption of 0 m2/g and after regeneration of 1.4250 m2/g. Based on the results of the SEM-EDS, it is known that activated carbon has the elements C, O, Na, N, Cl, K and Cr with open pores and a smoother surface. The adsorption kinetics model follows a second-order pseudo equation with the equations y = 0.367x-1.677, R2 = 0.9919 and k = 0.0569 g/mg min.
The adsorption isotherm model follows the Langmuir isotherm with the equation y = 2.0535x + 0.1867 and R2 = 0.9925. Activated carbon from white jabon fruit has the potential to be reused in adsorption of chromium(VI) ions.
2 Keywords: activated carbon, kromium (VI), white jabon
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan efisiensi dan kapasitas adsorpsi arang aktif buah jabon putih dalam menjerap ion logam kromium(VI), menentukan model kinetika dan isoterm adsorpsi serta persen regenerasi arang aktif buah jabon putih. Pembuatan arang buah jabon putih dilakukan dengan proses karbonisasi pada suhu 300℃ selama 30 menit. Arang buah jabon diaktivasi dengan larutan NaOH dengan rasio arang dan aktivator 1:3 (b/b). Karakterisasi arang aktif mengacu pada SNI 06-3730-1995. Gugus fungsi arang aktif dianalisis menggunakan FTIR, morfologi arang aktif dan komposisi unsur arang aktif dianalisis menggunakan SEM-EDS. Luas permukaan, volume pori dan jari-jari pori dianalisis menggunakan BET dan konsentrasi ion logam dianalisis menggunakan ICP. Rendemen arang yang diperoleh sebesar 66,55%. Hasil karakterisasi arang aktif diperoleh kadar air sebesar 1,86%, kadar abu 1,29%, daya jerap iodium 1149,92 mg/g dan daya jerap biru metilen 24,9824 mg/g. Hasil FTIR menunjukkan gugus fungsi arang aktif buah jabon putih yaitu N-H, C-H alifatik, C-H aromatik, C=O, C-O-C dan O-Cr. Kondisi terbaik adsorpsi diperoleh pada pH 2, waktu kontak 30 menit dan konsentrasi adsorbat 40 mg/L dengan efisiensi 87,19% dan kapasitas adsorpsi 1,6651 mg/g. Persentase regenerasi mencapai 98,53%. pHpzc yang diperoleh sebesar 6,8. pH<pHpzc sehingga permukaan arang aktif bermuatan positif. Berdasarkan hasil uji BET, arang aktif buah jabon putih memiliki luas permukaan sebelum adsorpsi yaitu 2,3899 m2/g, setelah adsorpsi 0 m2/g dan setelah regenerasi 1,4250 m2/g. Berdasarkan hasil uji SEM-EDS, diketahui bahwa arang aktif memiliki unsur C, O, Na, N, Cl, K dan Cr dengan pori-pori yang terbuka dan permukaan yang lebih halus. Model kinetika adsorpsi mengikuti persamaan pseudo orde dua dengan persamaan y = 0,367x-1,677, R2 = 0,9919 dan k = 0,0569 g/mg menit. Model isoterm adsorpsi mengikuti isoterm Langmuir dengan persamaan y= 2,0535x + 0,1867 dan R2 = 0,9925. Arang aktif buah jabon putih berpotensi untuk digunakan kembali dalam penjerapan ion kromium(VI).
Kata kunci: arang aktif, jabon putih, kromium (VI) PENDAHULUAN
Buah jabon putih merupakan salah satu biomassa yang berpotensi digunakan sebagai arang aktif untuk menjerap ion logam berat. Hal ini dibuktikan oleh penelitian Wirhamna (2019) yang melakukan penelitian dengan menemukan waktu karbonisasi
optimum (30 menit) dalam pembuatan arang buah jabon putih untuk penjerapan ion merkuri(II) dan diperoleh hasil efisiensi penjerapan sebesar 99,55%.
Penelitian terhadap buah jabon juga dilakukan oleh Herlin (2019) dengan memvariasikan suhu karbonisasi dalam pembuatan arang buah jabon putih untuk penjerapan ion logam kadmium(II) dan
3 diperoleh suhu karbonisasi optimum
(300℃) dengan efisiensi penjerapan sebesar 99,81%. Penelitian Oktarezi (2019) melakukan adsorpsi arang aktif buah jabon putih terhadap ion logam timbal(II) dan menemukan rasio berat arang dan aktivator NaOH optimum (1:3 b/b) dengan efisiensi adsorpsi sebesar 99,84%. Begitu pula Pane (2022) mengadsorpsi ion merkuri(II) dengan menggunakan arang aktif buah jabon putih dengan memvariasikan kecepatan pengadukan dan diperoleh kecepatan pengadukan optimum (80 rpm) dengan efisiensi sebesar 99,78%.
Kromium heksavalen (Cr6+) merupakan salah satu ion logam yang bersifat toksik dan karsinogenik. Apabila ion kromium(VI) masuk kedalam tubuh manusia dengan konsentrasi yang cukup tinggi akan memberikan efek serius seperti sakit kepala, keracunan hingga kanker (Yogeshwaran dan Priya, 2017).
Batas aman kromium dalam tubuh adalah 50 – 200 µg per hari. Oleh karena itu, kromium digolongkan kedalam logam yang bersifat toksik (Wulaningtyas, 2018).
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terkait optimasi pH, waktu kontak, dan konsentrasi adsorbat karena dapat mempengaruhi daya adsorpsi. Menurut Wijayanto et al., (2013) untuk meningkatkan daya adsorpsi maka perlu diperhatikan beberapa parameter diantaranya pH, waktu kontak dan konsentrasi adsorbat.
Dengan demikian penelitian ini dilakukan untuk menentukan kondisi optimum penjerapan kromium(VI) oleh
arang aktif buah jabon putih. Kemudian dilakukan regenerasi arang aktif buah jabon putih yang sudah dikontakkan terhadap ion logam kromium(VI) dengan menggunakan larutan HCl sebagai agen pendesorpsinya.
METODE PENELITIAN a. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah ICP-OES (APHA 3120B)), Spektrofotometer UV-Vis (Thermo Scientific Genesys 20), Spektroskopi FTIR (IR Prestige-21, Shimadzu), Scanning Electron Microscope (SEM) (Hitachi Flexsem 1000) , Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) (Ametek Edax), Brunauer-Emmet-Teller (BET) (Tipe V- Sorb 4800 S), furnace (Vulcan A-130 Furnace), oven (Memmert), ayakan 100 dan 200 mesh (CBN test sieve analys), sentrifuse (Fisher Scientific Centrific Model 228), krusibel, desikator, lumpang dan alu, hotplate (Thermo scientific Cimarec), magnetic stirer (IKA C-MAG MS10), neraca analitik (Kern ABJ- NM/ABS-N), stopwatch, pH meter (Hanna), dan peralatan gelas lainnya.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah buah jabon putih, akuades, Akua Demineralized (Akua DM), natrium tiosulfat (Na2S2O3) 0,1 N, kalium iodat (KIO3) 0,1 N, kalium iodida (KI) 10%, natrium hidroksida (NaOH), asam sulfat (H2SO4) 10%, asam klorida 0,1 M, larutan amilum 1%, larutan iodida (I2) 0,1 N, metilen biru, larutan kalium dikromat (K2Cr2O7), asam klorida (HCl) 1 M dan kertas saring Whatman 42.
4 b. Pembuatan arang buah jabon
putih
Buah jabon putih dikarbonisasi menggunakan furnace pada suhu 300℃
(Herlin, 2019) selama 30 menit (Wirhamna, 2019). Arang didinginkan dan disimpan didalam desikator selama 15 menit. Kemudian arang digerus menggunakan lumpang dan alu.
Selanjutnya sampel arang diayak menggunakan ayakan dengan ukuran lolos di 100 mesh dan tertahan di 200 mesh. Penentuan rendemen arang dihitung berdasarkan persamaan:
Rendemen(%) = × 100%
Keterangan :
B : Berat sampel kering (g) A : Berat sampel basah (g) c. Aktivasi arang buah jabon putih
Sampel arang ditimbang sebanyak 7 gram dan direndam dalam 100 mL larutan NaOH dengan perbandingan antara sampel dan aktivator NaOH yaitu 1:3 (b/b) di dalam gelas Beaker 250 mL (OktaRezi, 2019). Campuran diaduk menggunakan batang pengaduk dan didiamkan selama ±24 jam. Sampel arang kemudian disaring menggunakan kertas saring Whatman 42 dan dicuci dengan akua DM hingga pH filtrat dari arang tersebut netral atau berkisar antara 7,2-7,5. Sampel arang yang telah diaktivasi dikeringkan di dalam oven pada suhu 100 ± 5℃ selama 24 jam dan didinginkan di dalam desikator.
d. Penentuan pH point of zero charge (pHpzc)
Penentuan pHpzc dilakukan dengan menambahkan padatan arang aktif sebanyak 0,5 g kedalam 50 mL NaCl
0,1M yang pH awalnya telah diatur dari pH 2, 4, 6, 8, 10, dan 12 menggunakan HCl 0,1M dan NaOH 0,1M. Campuran diaduk dengan magnetic stirrer selama 24 jam kemudian diukur pH akhirnya.
Grafik pHpzc dibuat dengan memplotkan data pH awal vs ΔpH (pHakhir – pH awal). Sumbu x pada perpotongan tersebut merupakan pHpzc.
e. Adsorpsi ion kromium (VI) Sampel arang aktif sebanyak 1 g dicampurkan dengan 50 mL larutan simulasi kromium 100 ppm dengan variasi pH 2, 4, 6, 8, 10 dan 12 di dalam gelas Beaker 100 mL. pH larutan diatur dengan HCl 0,1 N dan NaOH 0,1 N.
Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 40 menit dengan kecepatan pengadukan 80 rpm lalu didiamkan selama 24 jam pada suhu ruang. Campuran disaring menggunakan kertas saring Whatman No.42, filtrat hasil penyaringan dianalisis dengan menggunakan Inductively Coupled Plasma (ICP).
Sampel arang aktif sebanyak 1 g dicampurkan dengan 50 mL larutan simulasi kromium 100 ppm pada pH optimum di dalam gelas Beaker 100 mL.
Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan variasi waktu kontak 20, 30, 40, 50, 60 dan 70 menit dengan kecepatan pengadukan 80 rpm lalu didiamkan selama 24 jam pada suhu ruang. Campuran disaring menggunakan kertas saring Whatman No.42. Filtrat hasil penyaringan dianalisis dengan menggunakan Inductively Coupled Plasma (ICP).
Sampel arang aktif sebanyak 1 g
5 dicampurkan dengan 50 mL larutan
kromium dengan variasi konsentrasi 40, 60, 80, 100, 120 dan 140 ppm pada pH optimum di dalam gelas Beaker 100 mL.
Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer selama waktu kontak optimum dan kecepatan pengadukan 80 rpm lalu didiamkan selama 24 jam pada suhu ruang. Campuran disaring menggunakan kertas saring Whatman No.42. Filtrat hasil penyaringan dianalisis dengan menggunakan Inductively Coupled Plasma (ICP).
Efisiensi adsorpsi dan kapasitas adsorpsi dihitung dengan persamaan :
E = × 100%
dan
Q = × V Keterangan :
E : Efisiensi adsorpsi (%) Q : Kapasitas adsorpsi (mg/g) C0 : Konsentrasi sebelum adsorpsi
(mg L-1)
Ce : Konsentrasi setelah adsorpsi (mg L-1)
V : Volume larutan simulasi (L) m : Berat sampel (g)
f. Regenerasi arang aktif
Arang aktif yang telah digunakan pada proses adsorpsi direndam dengan larutan HCL 1 M sebanyak 50 mL (Daochalermwong et al., 2020) dalam gelas Beaker 100 mL kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama waktu kontak optimum dengan kecepatan 80 rpm. Arang aktif selanjutnya disaring dan filtrat diukur konsentrasi logam nya. Endapan dikertas saring dicuci dengan air suling >90℃ sebanyak 300
mL. Endapan diletakan diatas cawan untuk dipanaskan dalam oven dengan suhu 100 ± 5℃ selama 1 jam. Setelah keluar dari oven, cawan yang berisi arang aktif dimasukkan kedalam desikator selama 20 menit dan ditimbang beratnya (Laura et al., 2014)..
Setelah itu arang aktif digunakan kembali untuk proses adsorpsi. Nilai regenerabilitas masing-masing adsorben ditentukan berdasarkan persamaan:
Regenerasi (%) = × 100%
Keterangan:
qer : kapasitas adsorpsi arang aktif teregenerasi (mg/g)
qeo : kapasitas adsorpsi arang aktif awal (mg/g)
g. Model kinetika adsorpsi
Nilai kapasitas adsorpsi yang telah diperoleh dari adsorpsi pada variasi waktu kontak, selanjutnya digunakan untuk penentuan jenis kinetika orde reaksi. Jenis orde reaksi yang digunakan pada penelitian ini yaitu pseudo orde satu dan pseudo orde dua. Orde reaksi pseudo orde satu dan pseudo orde dua ditentukan berdasarkan persamaan:
(Log qe – qt) = Log qe – kt
dan
= +
Keterangan :
qe : Kapasitas adsorpsi pada saat kesetimbangan (mg/g)
qt : Kapasitas adsorpsi pada waktu t (mg/g)
t : Waktu (menit)
k : Konstanta laju (g/mg menit)
6 h. Model isoterm adsorpsi
Nilai kapasitas adsorpsi yang telah diperoleh pada variasi konsentrasi, dilakukan untuk menentukan jenis isoterm adsorpsi yang terjadi pada penjerapan arang aktif buah jabon putih terhadap ion kromium(VI). Persamaan isoterm yang sering digunakan pada umumnya yaitu isoterm Langmuir, isoterm Freundlich dan Temkin.
Persamaan isoterm Langmuir, Freundlich dan Temkin dapat dilihat pada persamaan:
Langmuir =
= +
Freundlich = log Q = log k + log Temkin = qe = ln Ce Dubinin = ln qe = ln qs – βε2
Keterangan :
Ce : Konsentrasi setelah adsorpsi (mg/L)
Q : Kapasitas adsorpsi (mg/g) b, K : Konstanta Langmuir k, n : Konstanta Freundlich HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Karakterisasi arang buah jabon putih
Karakterisasi arang aktif buah jabon putih mengacu pada SNI 06-3730-1995 yang meliputi penentuan kadar air, kadar abu, daya jerap iodium dan daya jerap biru metilen. Karakterisasi arang aktif buah jabon putih bertujuan untuk melihat kualitas arang aktif buah jabon putih yang dihasilkan. Hasil karakterisasi arang aktif buah jabon putih dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakterisasi arang aktif buah jabon putih Kadar
Air (%)
Kadar Abu
(%)
Daya Jerap Iodium (mg/g)
Daya Jerap Metilen Biru
(mg/g)
Luas Permukaan
(m2/g)
Aktivasi 1,86 1,29 1149,92 24,9824 92,6234
SNI ≤ 15 ≤ 10 ≥ 750 ≥ 120 -
Penentuan nilai kadar air bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis dari arang aktif buah jabon putih. Kadar air arang aktif buah jabon putih yaitu 1,86%. Nilai kadar air arang aktif buah jabon putih memenuhi SNI 06-3730- 1995 yaitu ≤ 15%. Rendahnya nilai kadar air arang aktif buah jabon putih berkaitan dengan sifat aktivator yang digunakan. NaOH memiliki sifat dehydrating agent, yaitu mampu mengikat molekul air yang terdapat pada arang sehingga menurunkan kandungan
air yang terdapat pada arang aktif.
Penentuan nilai kadar abu bertujuan untuk mengetahui banyaknya sisa mineral yang masih tertinggal pada arang setelah dilakukannya proses karbonisasi. Nilai kadar abu arang aktif buah jabon putih pada penelitian ini yaitu 1,29%. Nilai kadar abu arang aktif buah jabon putih memenuhi SNI 06- 3730-1995 yaitu ≤ 10%. Kadar abu arang aktif buah jabon putih pada penelitian ini cukup rendah.
Legiso et al., (2020) melaporkan bahwa
7 semakin rendah kadar abu arang aktif
maka semakin baik daya jerap dari arang aktif tersebut. Rendahnya kadar abu arang aktif ini dikarenakan NaOH yang digunakan sebagai aktivator mampu melarutkan pengotor, tar, mineral dan zat organik hasil dari karbonisasi yang menutupi pori arang sehingga sisa mineral dan pengotor yang tertinggal hanya sedikit sehingga daya jerap arang aktif semakin baik.
Penentuan daya jerap iodium bertujuan untuk menentukan kemampuan arang aktif buah jabon dalam menjerap molekul dengan ukuran
< 10Å atau 1 nm dalam larutan (Imawati dan Adhitiyawarman, 2015). Penentuan daya jerap iodium berhubungan terhadap ukuran pori dari arang aktif buah jabon.
Semakin tinggi daya jerap terhadap iodium maka semakin baik kemampuan mikropori arang aktif dalam menjerap adsorbat atau dalam kata lain adsorbat yang terjerap oleh mikropori arang aktif semakin banyak. Nilai daya jerap arang aktif buah jabon putih terhadap iodin pada penelitian ini yaitu 1149,92 mg/g.
Berdasarkan nilai tersebut dapat dilihat bahwa dalam 1 gram arang aktif buah jabon putih, mampu menjerap 1149,92 mg iodium dalam larutan. Nilai daya jerap arang aktif terhadap iodium pada penelitian ini memenuhi SNI 06-3730- 1995 yaitu ≥750 mg/g.
Penentuan daya jerap metilen biru bertujuan untuk menentukan kemampuan arang aktif buah jabon putih dalam menjerap molekul yang berukuran besar dengan ukuran berkisar 15-25 Å (Imawati dan Adhitiyawarman, 2015)..
Penentuan daya jerap metilen biru berhubungan terhadap ukuran makropori arang aktif dalam menjerap adsorbat dengan molekul besar. Nilai daya jerap arang aktif buah jabon putih terhadap metilen biru yaitu sebesar 24,9824 mg/g dengan luas permukaan 92,6234 m2/g.
Nilai daya jerap terhadap metilen biru cukup rendah dan tidak memenuhi SNI 06-3730-1995 yaitu ≥120 mg/g.
b. Penentuan pH point of zero charge (pHpzc)
Gambar 1. Penentuan pHpzc pada permukaan arang aktif buah jabon
Point of zero (pzc) dari adsorben adalah parameter yang menentukan muatan permukaan ion dalam larutan.
PH pada pzc (pHpzc) adalah nilai pH dimana total permukaan eksternal dan internal ion ditetapkan pada nol.
Hubungan pH selanjutnya dapat dijelaskan dengan spesies kromium(VI) dan permukaan arang aktif pada muatan titik nol (pzc). Pada pH dibawah pHpzc, arang aktif bermuatan positif. Namun pada pH diatas pHpzc, arang aktif bermuatan negatif. Pada penelitian ini pHpzc yang diperoleh yaitu 6,8.
pH < pHpzc sehingga dapat disimpulkan bahwa arang aktif bermuatan positif sehingga memudahkan ion kromium(VI) dalam spesi Cr2O72- untuk berinteraksi dengan permukaan arang aktif.
pH terbaik
8 c. Kondisi optimum adsorpsi arang
aktif buah jabon putih terhadap ion kromium(VI)
1. Variasi pH
Pengujian adsorpsi arang aktif buah jabon putih terhadap variasi pH bertujuan untuk mengetahui pH optimum arang aktif buah jabon putih dalam menjerap ion kromium(VI).
Gambar 2. Hubungan pengaruh pH terhadap efisiensi adsorpsi Hasil uji adsorpsi terhadap variasi pH dapat dilihat pada Gambar 2. Hasil uji menunjukan pH terbaik pada saat proses adsorpsi terjadi pada pH 2. Hal ini ditunjukan dengan efisiensi adsorpsi sebesar 65,87% dan kapasitas adsorpsi sebesar 2,9705 mg/g. Efisiensi adsorpsi pada pH 2 lebih tinggi dan menurun pada pH setelah 2. Tingginya efisiensi pada pH 2 dikarenakan pH rendah gugus pada permukaan arang aktif terprotonasi sehingga ion H+ memenuhi permukaan arang aktif sehingga terjadi ikatan elektrostatik yang kuat antara muatan positif pada permukaan arang aktif dengan ion dikromat Galvan et al., (2022).
2. Variasi waktu kontak
Pengujian adsorpsi terhadap variasi waktu kontak bertujuan untuk mengetahui banyaknya adsorbat yang terjerap maksimal pada waktu optimal.
Hasil penentuan waktu kontak optimum
dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Hubungan pengaruh waktu kontak terhadap efisiensi adsorpsi
Hasil analisis menunjukan waktu kontak optimum pada proses adsorpsi arang aktif buah jabon putih adalah 30 menit. Hal ini ditunjukan dengan grafik yang naik pada menit ke-30 dan turun pada menit setelah 30. Hal ini dikarenakan pada menit ke-20 sampai 30 situs aktif pada permukaan arang aktif sangat banyak sehingga mampu menjerap ion kromium(VI). Namun pada waktu kontak lebih dari 30 menit terjadi penurunan daya adsorpsi. Hal ini dikarenakan pada waktu lebih dari 30 menit, situs aktif pada permukaan arang aktif semakin habis seiring berjalannya waktu. Efisiensi adsorpsi yang diperoleh sebesar 71,72% dan kapasitas adsorpsi sebesar 3,2346mg/g.
3. Variasi konsentrasi adsorbat
Gambar 4. Grafik hubungan pengaruh konsentrasi adsorbat terhadap efisiensi adsorpsi dan kapasitas adsorpsi
9 Proses adsorpsi dipengaruhi
konsentrasi awal ion logam. Adsorpi akan meningkat seiring dengan kenaikan konsentrasi adsorbat sampai pada titik jenuh. Hasil penentuan konsentrasi adsorbat dapat dilihat pada Gambar 4.
Hasil analisis menunjukan massa adsorbat optimum pada proses adsorpsi arang aktif buah jabon putih adalah 40 mg/L. Hal ini ditunjukan dengan efisiensi adsorpsi sebesar 87,19% dan kapasitas adsorpsi sebesar 1,6651 mg/g.
Hasil analisis menunjukkan bahwa efisiensi adsorpsi tertinggi terjadi pada konsentrasi adsorbat 40 ppm dan menurun pada konsentrasi setelah 40 ppm. Hal ini dikarenakan pada konsentrasi diatas 40 ppm situs aktif arang aktif sudah dipenuhi oleh adsorbat.
Apabila konsentrasi ion logam kromium(VI) semakin dinaikkan, maka arang aktif buah jabon tidak mampu lagi menjerap ion logam kromium(VI) sehingga efisiensi penjerapannya rendah.
Namun, kapasitas adsorpsi meningkat seiring meningkatnya konsentrasi adsorbat. Hal ini dikarenakan pada konsentrasi tinggi, jumlah ion logam yang teradsorpsi juga semakin besar. Karena bertambahnya konsentrasi ion logam, maka semakin banyak pula ion logam yang tersedia untuk berikatan dengan situs aktif. Akan tetapi, pada konsentrasi tinggi, permukaan adsorben menjadi jenuh karena ion logam yang teradsorpsi semakin banyak akibatnya kapasitas adsorpsi mengalami kenaikan dan persen penjerapa menjadi berkurang (Agusriyadin, 2020).
d. Regenerasi arang aktif buah jabon putih
Arang aktif memiliki kemampuan adsorpsi yang terbatas. Setelah mencapai titik jenuh dalam melakukan adsorpsi, proses adsorpsi arang aktif akan terhenti.
Untuk mengembalikan kemampuan arang aktif dalam menjerap, maka perlu dilakukan regenerasi. Regenerasi dilakukan melalui proses desorpsi dengan menambahkan larutan HCl 1M sebagai agen pendesorpsi. Larutan pendesorpsi akan menarik kembali ion logam yang terakumulasi pada pori arang aktif. Pada medium asam, gugus karboksil, karbonil atau hidroksil pada arang aktif menjadi terprotonasi dan tidak menarik ion logam yang bermuatan positif sehingga ion-ion logam terlepas ke dalam larutan pendesorpsi (Indah &
Rohaniah, 2014).
Penentuan persen regenerasi dilakukan dengan membandingkan kapasitas adsorpsi arang aktif teregenerasi dengan arang aktif sebelum regenerasi. Persen regenerasi yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebesar 98,56%. Hasil regenerasi tersebut cukup tinggi yang menunjukan bahwa arang aktif buah jabon putih masih berpotensi untuk digunakan kembali dalam proses adsorpsi terhadap ion logam kromium(VI).
e. Analisis gugus fungsi arang aktif buah jabon putih
Analisis gugus fungsi arang aktif buah jabon putih sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi dilakukan dengan menggunakan instrumen Fourier Transform Infrared
10 (FTIR). Hasil analisis gugus fungsi
menggunakan FTIR dapat dilihat pada Gambar 5.
Gugus fungsi arang aktif sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi terhadap ion kromium(VI) dan setelah regenerasi memiliki gugus fungsi yang sama.
Berdasarkan spektrum FTIR pada Gambar 5, dapat dilihat gugus fungsi dari arang aktif sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi yaitu gugus –OH, N-H, C-H alifatik, C- H aromatik, C=O karbonil, C=C aromatik, C-O-C dan O-Cr.
450 600 750 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500
1/c m 30
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120
%T
A ran g A k t i f Seb el u m A d s o rp s i A ran g A k t i f A d s o rp s i 1 A ran g A k t i f Set el ah Reg en eras i 2
Gabungan Ir
Gambar 5. Spektrum FTIR arang aktif buah jabon putih sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi.
Munculnya gugus N-H dan C=C aromatik pada spektrum FTIR menunjukan adanya protein dan lignin pada arang aktif buah jabon putih Munculnya puncak O-Cr pada spektrum FTIR setelah adsorpsi dikarenakan gugus fungsi arang aktif yang sudah menjerap ion logam berat kromium(VI).
Munculnya puncak O-Cr pada spektrum setelah regenerasi dikarenakan masih terdapat sisa ion logam kromium(VI) pada permukaan arang aktif. Ion kromium(VI) yang tertinggal
dikarenakan agen pendesorpi HCl yang belum mampu menarik seluruh ion kromium(VI) yang menempel pada permukaan arang aktif
f. Analisis morfologi dan kandungan unsur arang aktif buah jabon putih
Hasil analisis morfologi arang aktif buah jabon putih menggunakan instrumen Scanning Electron Microscopy (SEM) dengan perbesaran 5000x dapat dilihat pada Gambar 6.
(a) (b) (c)
Gambar 6. Hasil analisis morfologi arang buah jabon putih menggunakan SEM dengan pembesaran 5000x : gambar (a) sebelum adsorpsi, gambar (b) setelah adsorpsi (c) setelah regenerasi dengan HCl 1 M.
N-H
O-Cr C-O-C C-O
Karbonil C=C aromatik
OH C-H O-Cr
Aromatik
11 Hasil analisis SEM dapat dilihat
pada Gambar 6. Gambar 6a merupakan bentuk permukan arang aktif buah jabon putih sebelum adsorpsi.
Dapat dilihat bahwa terdapat rongga atau pori-pori arang aktif yang terbuka pada permukaan arang aktif buah jabon putih.
Pori-pori yang terbuka dikarenakan proses aktivasi yang dilakukan.
Pada Gambar 6b merupakan bentuk permukaan arang aktif buah jabon putih setelah adsorpsi terhadap ion kromium (VI). Dapat dilihat bahwa permukaan arang aktif lebih kasar dan pori-pori arang aktif yang tadinya terbuka menjadi tertutup. Hal ini dikarenakan ion logam kromium(VI) sudah menempel pada pori-pori arang aktif tersebut.
Pada Gambar 6c merupakan bentuk permukaan arang aktif setelah regenerasi. Dapat dilihat bahwa permukaan arang aktif sedikit kasar dan
pori-pori arang aktif sedikit terbuka. Hal ini dikarenakan HCl mampu menarik kembali ion logam kromium (VI) yang menempel pada pori-pori arang aktif sehingga pori-pori arang aktif terbuka kembali. Namun permukaan dari arang aktif setelah regenerasi sedikit lebih kasar. Hal ini dikarenakan kemungkinan masih adanya ion logam kromium (VI) yang masih menempel pada permukaan arang aktif.
Komposisi kandungan unsur yang terkandung pada arang aktif dianalisis dengan menggunakan Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). Berdasarkan hasil analisis, unsur-unsur yang terkandung di dalam arang aktif buah jabon putih sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi yaitu unsur C, O, N, Na, N, Cl, K dan Cr.
Perbandingan komposisi unsur arang aktif disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Kandungan unsur arang aktif buah jabon putih
Sampel Analisis unsur (wt%)
O C Na N Cl K Cr
Sebelum adsorpsi
40,23 37,76 4,63 6,25 0,05 0,43 -
Setelah adsorpsi
46,05 30,62 4,67 10,16 0,13 0,31 0,38 Setelah
regenerasi
41,17 31,22 0,46 16,72 0,28 0,15 0,34 Dapat dilihat bahwa terdapat unsur
C, N, O, Cl, K dan Na pada ketiga spektrum tersebut, namun Cr muncul pada spektrum setelah adsorpsi dan setelah regenerasi. Munculnya unsur Cr pada spektrum setelah adsorpsi dikarenakan arang aktif yang sudah
menjerap ion logam kromium(VI).
Unsur Cr yang muncul pada spektrum setelah regenerasi dikarenakan masih adanya ion kromium(VI) yang tertinggal pada arang aktif. Munculnya unsur Na pada ketiga spektrum dikarenakan aktivator NaOH yang digunakan pada
12 saat proses aktivasi. Unsur K yang
muncul pada ketiga spektrum dikarenakan abu yang masih menempel pada permukaan arang aktif.
g. Analisis luas permukaan arang aktif buah jabon putih
Analisis luas permukaan, jari-jari
pori dan volume pori arang aktif buah jabon putih sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi dianalisis menggunakan instrumen surface area analyzer dengan metode BET. Hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 3
Tabel 3. Hasil analisis BET Sampel Luas permukaan
(m2/g)
Jari-jari pori (nm)
Volume pori (cc/g)
Sebelum adsorpsi 2,38990 1,61425 0,0016
Setelah adsorpsi 0 9,3189 0,000051
Setelah regenerasi 1,42502 1,61964 0,0012
Berdasarkan data tersebut dapat dilihat bahwa terdapat perbedaan luas permukaan, jari-jari pori dan volume pori arang aktif buah jabon putih sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi terhadap ion kromium(VI) dan setelah regenerasi.
Perbedaan hasil luas permukaan, jari-jari pori dan volume pori tersebut dikarenakan luas permukaan arang aktif yang semakin kecil karena masih adanya ion logam berat yang kemungkinan masih menempel pada permukaan arang aktif buah jabon putih. Hasil analisis BET pada luas permukaan arang aktif buah jabon putih setelah adsorpsi yaitu 0 m2/g. Hal ini dikarenakan seluruh permukaan arang aktif buah jabon sudah terpenuhi oleh ion logam kromium(VI), sehingga tidak ada permukaan yang tidak dijerap oleh arang akif. Berbeda halnya dengan luas permukaan, jari-jari pori arang aktif buah jabon putih setelah adsorpsi meningkat. Jari-jari pori arang aktif sebelum adsorpsi yaitu 1,61425 nm sedangkan jari-jari pori arang setelah
adsorpsi yaitu 9,3189 nm. Hal ini dikarenakan pori-pori arang yang telah menjerap ion logam kromium (VI).
Jari- jari pori arang aktif setelah regenerasi menurun dibanding jari-jari pori sebelum adsorpsi. Hal ini dikarenakan masih adanya ion logam yang menempel pada pori-pori arang.
h. Kinetika adsorpsi
Model kinetika adsorpsi arang aktif buah jabon putih terhadap logam kromium(VI) ditentukan dengan model kinetika pseudo orde satu dan pseudo orde dua. Gambar 7(a) merupakan grafik kinetika adsorpsi pseudo orde satu dan Gambar 7(b) merupakan grafik kinetika adsorpsi pseudo orde dua.
Berdasarkan hasil kedua grafik tersebut, maka orde reaksi pada penelitian ini adalah pseudo orde dua.
Hal ini dikarenakan nilai R2 yang diperoleh dari grafik pseudo orde dua mendekati 1 yaitu 0,9916. Sedangkan nilai R2 yang diperoleh dari grafik pseudo orde satu yaitu 0,0526. Menurut Darmayanti et al., (2018) pseudo orde
13 dua mengasumsikan bahwa tingkat
pembatas kecepatan kemungkinan adalah adsorpsi kimia yang meliputi gaya valensi melalui pembagian atau pertukaran elektron antara adsorben dan adsorbat. Berdasarkan grafik pseudo orde dua dapat ditentukan konstanta laju
yang diperoleh. Konstanta laju pada penelitian ini yaitu 0,0569 g/mg menit yang artinya bahwa dalam waktu 1 menit menggunakan 1 gram arang aktif buah jabon mampu menjerap 0,0569 mg ion logam kromium(VI).
(a)
Gambar 7. Grafik model kinetika adsorpsi i. Isoterm adsorpsi
Model isoterm adsorpsi arang aktif buah jabon putih terhadap penjerapan ion kromium(VI) ditentukan dengan model persamaan isoterm Langmuir, isoterm Freundlich, isoterm Temkin dan isoterm Dubinin.
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 8. Grafik model isoterm (a) Langmuir, (b) Freundlich, (c) Temkin dan (d) Dubinin.
Grafik model isoterm Langmuir dapat dilihat pada Gambar 8(a), Freundlich pada Gambar 8(b), Temkin pada Gambar 8(c) dan Dubinin pada Gambar 8(d). Berdasarkan hasil
(b)
14 keempat grafik tersebut, maka jenis
isoterm adsorpsi pada penelitian ini cenderung pada jenis isoterm Langmuir.
Hal ini dikarenakan nilai R2 pada grafik isoterm Langmuir mendekati 1 yaitu, 0,9917. Nilai R2 yang diperoleh pada grafik isoterm Freundlich adalah 0,9788 dan nilai R2 pada grafik isoterm Temkin adalah 0,9854. Dapat diasumsikan bahwa adsorpsi ion logam kromium(VI) yang terjadi pada arang aktif buah jabon putih bersifat homogen dan ion logam kromium(VI) teradsorpsi dalam bentuk tunggal (monolayer).
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini ialah:
1. Hasil karakterisasi kadar air, kadar abu, daya jerap iodium dan daya jerap biru metilen arang aktif buah jabon putih berturut-turut yaitu 1,86%, 1,29%, 1149 mg/g dan 24,9824 m2/g dengan luas permukaan 92,6234 m2/g.
2. Hasil adsorpsi optimum arang aktif buah jabon putih terhadap ion logam kromium(VI) terjadi pada pH 2, waktu kontak 30 menit, dan konsentrasi adsorbat 20 mg/L.
Efisiensi adsorpsi dan kapasitas adsorpsi yang diperoleh pada tahap adsorpsi I secara berurut yaitu 90,56% dan 1,7295 mg/g, dan pada tahap adsorpsi II yaitu 82,27% dan 1,7066 mg/g.
3. Persen regenerasi dari proses regenerasi arang aktif buah jabon putih yaitu 98,67%.
4. Kinetika adsorpsi pada penelitian ini yaitu mengikuti model persamaan pseudo orde dua dengan mengasumsikan bahwa adsorpsi terjadi secara kimia. Konstanta laju yaitu 0,0569 g/mg menit yang berarti bahwa dalam 1 menit adsorpsi menggunakan 1 gram arang aktif buah jabon putih mampu menjerap 0,0569 mg ion Cr6+. Model isoterm adsorpsi pada adsorpsi arang aktif buah jabon putih terhadap ion logam kromium(VI) yaitu mengikuti model isoterm Langmuir. Model isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa adsorpsi terjadi secara kemisorpsi dengan lapisan tunggal (monolayer).
DAFTAR PUSTAKA
Daochalermwong, A., Napassorn, C., Kriangsak, S., dan eerapan, D. 2020.
Removal of heavy metal ions using modified celluloses prepared from pineapple leaf fiber. ACS Omega. 5 (1): 5285-5296.
Galvan, Y.A., Minofar, B., Futera, Z., Francoueur, M., Marius,C.J., Brehm, N., Yacou, C., Haza, U.J.J., dan Gaspard, S. 2022. Adsorption of hexavalent chromium using activated carbon produced from Sargassum ssp. comparison between lab experiments and molecular dynamics simulations. Molecules.
27 (6040): 1-24.
Herlin, J.M. 2019. Karakterisasi Suhu Optimum Karbonisasi Buah Jabon Putih (Anthocephalus cadamba) dan Daya Jerap Arang Teraktivasi
15 NaOH Terhadap Cd2+. Skripsi.
Pekanbaru: Universitas Riau.
Indah, S., dan Rohaniah. 2014. Studi regenerasi adsorben kulit jagung (Zea mays L.) dalam menyisihkan logam besi (Fe) dan mangan (Mn) dari air tanah. Jurnal Teknik Lingkungan UNAND. 11 (1): 48-58.
Laura, P.D., Moersidik, S.S., dan Priadi, C.R. 2014. Adsorpsi dan regenerasi karbon aktif dalam pengolahan air limbah industri farmasi terhadap penurunan kadar chemical oxygen demand (studi kasus: penggunaan tempurung kelapa dan batubara sebagai adsorben dalam pengolahan air limbah PT. Kimia Farma Plant Jakarta. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. 1-20.
Legiso., Susanto, T., Ramadhan, M.B., Roni, K.A., dan Dwi, W. 2020.
Aktivasi karbon aktif dari kulit durian sebagai adsorben limbah dari kegiatan laundry. Majalah BIAM. 16 (20): 58-63.
Oktarezi, F. 2019. Optimasi Konsentrasi Aktivator NaOH dalam Pembuatan Arang Aktif dari Biji Jabon Putih (Anthocephalus cadamba) dan Aplikasinya Sebagai Penjerap Ion Logam Pb(II). Skripsi. Pekanbaru:
Universitas Riau.
Pane, R.S. 2022. Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Daya Adsorpsi Arang Aktif Buah Jabon Putih (Anthocephalus cadamba Miq.) Sebagai Adsorben Ion Merkuri(II). Skripsi. Pekanbaru:
Universitas Riau.
Wirhamna. 2019. Pengaruh Waktu
Karbonisasi Terhadap Karakteristik Arang Biji Jabon Putih (Anthocephalus cadamba) dan Diaktivasi Oleh NaOH Sebagai Adsorben Ion Merkuri(II). Skripsi.
Pekanbaru: Universitas Riau.
Wulaningtyas, F.A. 2018. Karakteristik pekerja kaitannya dengan kandungan kromium dalam urine pekerja di industri kerupuk rambak X Magetan. Jurnal Pendidikan Kimia. 2 (1): 28-36.
Yogeshwaran, V., dan Priya, A.K. 2017.
Removal of hexavalent chromium (Cr6+) using different natural adsorbents – a review. Journal of Chromatography Separation Techniques. 8 (6): 1-6.
