ADSORPSI Cr(III) PADA SILIKA GEL TERMODIFIKASI
DIFENILKARBAZON SECARA SOL-GEL
Ida Ayu Raka Astiti Asih* dan I Wayan Sudiarta #
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana , Bali-Indonesia
ABSTRAK : Telah dilakukan penelitian mengenai pemanfaatan silika gel termodifikasi
difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) secara sol-gel untuk mengadsorpsi ion logam kromium(III). Studi adsorpsi dilakukan dengan metode Batch. Pengaruh waktu dan pH awal larutan kromium dipelajari untuk mendapatkan kondisi optimum adsorpsi dan variasi konsentrasi ion kromium digunakan untuk mendapatkan kapasitas adsorpsi. Model isotermal Langmuir dan Freundlich digunakan untuk menentukan isoterm adsorpsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adsorpsi Cr(III) pada adsorben Si-CPTMS-DPZon optimum terjadi pada pH 4 dan waktu interaksi 90 menit, dengan kapasitas adsorpsi sebesar 36,28 mg/g dan energi adsorpsi sebesar 29,16 kJ/mol. Adsorpsi yang terjadi lebih cenderung mengikuti isoterm
Langmuir dengan nilai R2 sebesar 0,9971 dibanding dengan isoterm Freundlich dengan R2
0,5612. Adsorpsi Cr(III) pada adsorben dominan melalui adsorpsi kimia.
Kata Kunci : Silika gel termodifikasi, difenilkarbazon, adsorpsi, ion logam kromium(III)
ABSTRACT : Research about utilizing of diphenylcarbazone-modified silica gel prepared
by sol-gel method (Si-CPTMS-DPZon) to adsorp chromium (III) ions has been carried out. This study was conducted using batch adsorption. The influence of time and initial pH of chromium solution were studied to obtain the optimum adsorption conditions, and the variation of the concentration of chromium ion was used to obtain the adsorption capacity. Langmuir and Freundlich isotherm models were used to determine the model of isotherm adsorption. The results showed that the optimum adsorption of Cr (III) on the adsorbent Si-CPTMS-DPZ occurred at pH 4 with 90 minutes of contact time. The adsorption capacity of Cr(III) on Si-CPTMS-DPZ was 36.28 mg/g with the adsorption energy of 29.16 kJ/mol. The
adsorption profile tends to follow the Langmuir isotherm with R2 values of 0.9971 rather than
the Freundlich isotherm with R2 of 0.5612. Adsorption of Cr (III) on the adsorbent
dominantly occurred through chemical adsorption.
1.
PENDAHULUAN
Kromium (Cr) merupakan salah satu logam berat yang sering digunakan dalam bidang perindustrian. Penggunaan logam krom biasanya terdapat pada industri pelapisan logam, industri cat dan zat warna tekstil, serta industri penyamakan kulit. Logam krom dibutuhkan oleh tubuh manusia dalam jumlah kecil, tetapi dalam dosis yang lebih tinggi dapat menjadi racun [1]. Dalam tubuh logam krom biasanya
berada dalam keadaan sebagai ion Cr3+.
Krom dalam dosis tinggi dapat
menyebabkan kanker paru-paru, kerusakan hati (liver) dan ginjal. Jika kontak dengan kulit menyebabkan iritasi dan jika tertelan dapat menyebabkan sakit perut dan muntah [2, 3].
Menurut standar Departemen
Kesehatan RI, No. 416/Menkes/Per/IX/1990 kadar maksimal Cr yang diperolehkan untuk air minum adalah 0,005 mg/L. Menurut
surat keputusan Menteri Negara
Kependudukan dan Lingkungan Hidup No. KEP-02/MENKLH/I/1998 kadar maksimum Cr yang diperbolehkan dalam air limbah adalah 2 mg/L.
Mengingat dampak negatif yang ditimbulkan oleh logam kromium, maka
keberadaan logam tersebut sebagai
pencemar di lingkungan perlu diminimalkan bahkan dihilangkan [4]. Beberapa metode kimia maupun biologis telah dicoba untuk menghilangkan logam berat yang terdapat di
dalam limbah, diantaranya, adsorpsi,
pertukaran ion, dan pemisahan dengan membran. Metode adsorpsi lebih sering
digunakan karena dalam metode ini
pengerjaannya lebih sederhana, ekonomis, dan tidak memerlukan peralatan yang rumit
[5]. Mahmoud dan Al-Saadi (2007)
melaporkan hasil penelitiannya mengenai
sintesis silika gel termodifikasi
difenilkarbazon secara fisika (DPCZ) untuk ektraksi dan pre-konsentrasi Cr(III) dan Fe(III) [6]. Kemampuan adsorpsi silika gel
tanpa modifikasi dan silika gel
terimpregnasi difenilkarbazida dalam
menghilangkan Cr(III) secara berturut-turut
sebesar 1,95% dan 25,78%. Hasil
penelitiannya ini juga menunjukkan
peningkatan kemampuan adsorpsi untuk
Cr(III) dan Cr(IV) pada silika gel
terimpregnasi difenilkarbazida bila
dibandingkan dengan silika gel tanpa [7].
2.
PERCOBAAN
2.1. Bahan dan peralatan
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah Silika Gel
Termodifikasi Difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) hasil sintesis dengan ukuran partikel lolos ayakan 250 µm, bahan-bahan
kimia meliputi NaOH, HNO3, CrCl3.6H2O,
dan HCl (diperolleh dari Merck ), Aqua DM dan akuades. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat-alat gelas, timbangan analitik, kertas saring, pengaduk magnet, desikator, ayakan 250 m, corong, pipet mikro, pencatat waktu, bola hisap, seperangkat alat spektrofotometer serapan atom (AAS) Shimadzu AA-7000
2.2 Metode
a. Penentuan pH Optimum adsorpsi
Pengaruh pH terhadap daya sorpsi Cr(III) pada adsorben dikerjakan menurut prosedur berikut, masing-masing 100 mg Si-CTS-DPZon ditambahkan ke dalam masing-masing 20,0 mL larutan Cr(III) 200 ppm pH 1 dalam Erlenmeyer 100 mL, lalu diaduk selama 30 menit dengan kecepatan 200 rpm. Tiap-tiap campuran disaring dan filtratnya dianalisis dengan AAS dengan metode kurva kalibrasi. Dengan cara sama dikerjakan untuk pH larutan Cr awal lain yaitu pH 2, 3, 4, dan 5. Pengaturan pH larutan menggunakan larutan NaOH dan
HNO3. pH optimum adalah pH dimana
jumlah Cr(III) yang terserap paling tinggi.
(1)
W = jumlah mg Cr(III) yang terserap per gram adsorben.
C2 = konsentrasi Cr(III) dalam filtrat (mg/L)
V.= Volume Cr(III) yang digunakan (mL)
b. Penentuan waktu optimum adsorpsi
Pengaruh waktu pengadukan
terhadap terhadap daya sorpsi Cr(III) pada adsorben dikerjakan menurut prosedur berikut, 100 mg adsorben Si-CTS-DPZon ditambahkan ke dalam 20,0 mL larutan Cr(III) 200 ppm dengan pH optimum, lalu diaduk selama 10 menit dengan kecepatan konstan. Demikian juga dikerjakan untuk waktu pengadukan yang lain yaitu 20, 30, 40, 50, 60, 70, 90 dan 120 menit. Tiap-tiap campuran disaring dan filtratnya dianalisis
dengan AASdengan metode kurva
kalibrasi.JUmlah Cr(III) yang terserap dihitung menggunakan persamaan (1). Waktu optimum adalah waktu terkecil yang memberikan serapan maksimum.
c. Penentuan kapasitas adsorpsi
Larutan ion logam Cr(III) dengan konsentrasi 50, 100, 150, 200, 250, 300 dan 400 ppm disiapkan pada pH optimum. Ke dalam tiap-tiap 20 mL larutan tersebut ditambahkan 100 mg adsorben. Tiap-tiap campuran diaduk dengan magnetik stirer
selama waktu optimumnya dengan
kecepatan 200 rpm. Tiap-tiap campuran disaring dengan kertas saring Whatman 42. Absorbansi tiap-tiap filtrat diukur dengan AAS dengan metode kurva kalibvrasi. Jumlah Cr(III) yang terserap untuk setiap filtrat dihitung dengan persamaan (1).
Isoterm dan Kapasitas adsorpsi dievaluasi menggunakan persamaan linier Isoterm Langmuir’s dan persamaan linier Isoterm Freundlich.
(Langmuir’s) (Freundlich) Dari slope persamaan Langmuir dapat diperoleh nilai b yang berhubungan dengan kapasitas adsorpsi.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengaruh pH terhadap adsorpsi Cr(III) pada adsorben Si-CPTMS-DPZon
Pengaruh pH terhadap adsorpsi
Cr(III) pada adsorben silika gel
termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Kuva pengaruh pH terhadap
jumlah Cr(III) yang terserap oleh adsorben Si-CPTMS-DPZon
Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah Cr(III) yang terserap pada adsorben sangat
dipengaruhi oleh pH, seperti yang
ditunjukan oleh Gambar 4.1, pada pH 4
adsorben Si-CPTMS-DPZon menyerap
Cr(III) paling banyak. Pada pH 1 sampai 3 jumlah Cr(III) yang terserap adsorben lebih
sedikit, hal ini disebabkan adanya jumlah H+
yang lebih besar sehingga kation logam
berkompetisi dengan H+ untuk berikatan
dengan situs-situs aktif adsorben. Pada pH 4
Cr(III) dominan dalam bentuk Cr3+,
sedangkan pada pH 5-6 jumlah Cr3+ yang
terserap menurun, karena pada pH tersebut
diperkirakan Cr3+ sebagian telah berubah
menjadi Cr(OH)2+ dan Cr(OH)3 sesuai
3.2 Pengaruh waktu terhadap adsorpsi Cr(III) pada Si-CPTMS-DPZon
Pengaruh waktu adsorpsi terhadap jumlah Cr(III) yang terserap pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) ditunjukkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh waktu terhadap
adsorpsi Cr(III) dengan jumlah Cr(III) yang terserap pada adsorben Si-CPTMS-DPZon
Berdasarkan Gambar 2. dapat dilihat bahwa waktu adsorpsi selama 90 menit menunjukkan jumlah Cr(III) yang terserap oleh adsorben Si-CPTMS-DPZon paling tinggi. Secara umum dengan kenaikan waktu adsorpsi, jumlah Cr(III) yang
teradsorpsi berfluktuatif sampai titik
maksimumnya. Hal ini kemungkinan
disebabkan oleh lemahnya interaksi Cr(III) pada adsorben sehingga setelah terserap Cr(III) dapat dapat terlepas kembali.
3.3 Pengaruh Konsentrasi awal larutan Cr(III) terhadap adsorpsi Cr(IIII)
Pengaruh konsentrasi terhadap
jumlah Cr(III) yang teradsorpsi pada Si-CPTMS-DPZon) dipelajari pada berbagai konsentrasi awal Cr (III) yaitu, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 400 mg/L. Adsorpsi Cr(III) dilakukan pada pH 4 dengan waktu kontak 90 menit pada suhu kamar. Hasil penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Jumlah Cr(III) yang terserap
(mg/g) terhadap variasi konsentrasi Cr(III) pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (mg/L)
Terjadi peningkatan jumlah Cr(III) yang terserap pada Si-CPTMS-DPZon seiring dengan kenaikan konsentrasi Cr(III) dari 50 hingga 300 ppm, setelah konsentrasi 300 ppm mengalami penurunan. Semakin besar konsentrasi Cr (III) maka semakin banyak jumlah Cr(III) yang teradsorpsi pada permukaan adsorben tetapi akan menurun apabila telah mencapai kesetimbangan. Hal ini disebabkan karena konsentrasi ion Cr(III) maka interksi antar ion Cr(III) dengan permukaan adsorben juga semakin besar. Pada titik kesetimbangan adsorben
tidak mampu lagi meningkatkan
kemampuan adsorpsinya karena adsorben sudah jenuh. Jumlah ion Cr(III) yang
terserap pada adsorben silika gel
termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) optimum terjadi pada konsentrasi 300 ppm dengan jumlah Cr(III) terserap sebesar 55.9536 mg/g.
3.4 Kapasitas Adsorpsi Adsorben Si-CPTMS-DPzon
Jenis pola isotherm adsorpsi yang
terjadi pada adsorben silika gel
termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) terhadap Cr(III) dapat diketahui dengan menguji persamaan regresi linier isotermis adsorpsi Langmuir dan persamaan isotermis Freundlich. Isotermis adsorpsi
Langmuir memiliki asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Setiap molekul adsorben hanya dapat
mengadsorpsi satu molekul adsorbat
(monolayer). Dan teori isotermis adsorpsi Langmuir ini juga berlaku untuk adsorpsi kimia yaitu membentuk lapisan monolayer
[9]. Asumsi Isotermis adsorpsi Freundlich
adalah adsorben mempunyai permukaan yang heterogen. Setiap molekul adsorben
mempunyai potensi penyerapan yang
berbeda-beda (multilayer). Teori isotermis adsorpsi Freundlich ini berlaku untuk adsorpsi fisika yaitu membentuk lapisan multilayer [10].
Pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich pada adsorben Si-CPTMS-DPZon dapat dilihat pada Gambar 4. dan Gambar 5.
Gambar 4. Pola isoterm adsorpsi Langmuir
pada adsorben silika gel termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon)
Berdasarkan Gambar 4. dan Gambar 5. dapat dilihat bahwa adsorpsi Cr(III) pada
SiCPTMS-DPZon lebih cenderung
mengikuti pola isotherm adsorpsi Langmuir
karena harga korelasi linier R2 pada
persamaan isotherm Langmuir lebih besar dari persamaan isoterm Freundlich yaitu 0,9971 dan 0,5612.
Gambar 5. Pola isoterm adsorpsi
Freundlich pada adsorben silika gel
termodifikasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon)
Adsorpsi yang mengikuti Isotermis
Langmuir terjadi secara kimia, dimana permukaan adsorben memiliki kapasitas penyerapan yang lebih kecil dari Adsorpsi Freundlich yang proses adsorpsinya secara fisika. Kapasitas adsorpsi yang diperoleh dari persamaan Langmuir untuk adsorpsi Cr(III) pada Si-CPTMS-DPZon adalah 36,28 mg/g dengan energi adsorpsi sebesar 29,16 kJ/mol. Jika dilihat dari energi adsorpsi yang dihasilkan maka dapat dikategorikan telah terjadi adsorpsi secara kimia (kemisorpsi) yang melibatkan ikatan langsung antara adsorbat dengan permukaan adsorben, sesuai dengan yang dijelaskan oleh Adamson, 1990 bahwa apabila energi adsorpsi lebih besar dari 20,92 KJ/mol maka
digolongkan dalam adsorpsi kimia
(kimisorpsi).
4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan
pembahasan maka dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum adsorpsi logam Cr(III) oleh adsorben silika gel terimobilisasi difenilkarbazon (Si-CPTMS-DPZon) terjadi pada pH 4 dan waktu interaksi 90 menit, dengan kapasitas adsorpsi sebesar 36,28
mg/g dan energi adsorpsi sebesar 29,16
kJ/mol. Adsorpsi yang terjadi lebih
cenderung mengikuti pola isoterm Langmuir
dengan nilai R2 sebesar 0,9971 dibanding
dengan isoterm Freundlich dengan R2
0,5612.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Fakultas MIPA Universitas Udayana
Kementerian Riset, Teknologi dan
Pendidikan Tinggi atas dukungan finansial melalui Hibah Unggulan Program Studi tahun 2015, sehingga penelitian ini dapat dilaksanakan dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anderson, R.A., 1997, Chromium As an
Essential Nutrient for Human, Reg.
Toxico. Pharmacol., 26, 534-541
[2] Costa, M., 2003, Potential Hazard of
Hexavalent Chromate in Our Drinking Water, Toxicol. Appl. Pharmacol., 188, 1-5
[3] Palar, H., 1995, Pencemaran dan
Toksikologi Logam Berat, PT Rineka
Cipta, Jakarta
[4] Effendi, H., 2003, Telaah Kualitas Air :
Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan IPB, Bogor :
Kanisius
[5] Endawati., Kapasitas Adsorpsi Kitosan
dan Nanomagnetik Kitosan terhadap Ion Ni (II), Prosiding, Seminar Nasional
Sains dan Teknologi Universitas
Lampung, 2008
[6] Mahmoud, M., and Al-Saadi, M.S.M.,
2007, Silica gelphysically adsorbed -diphenylcarbazone as a selective solid phase extractor and pre-concentrator for chromium(III) and iron(III), J. Saudi
Chem. Soc., 2007, Vol. 11, No. 2, p.p 331-340
[7] Mandala, G.G.A., Modifikasi Silika Gel
Dari Abu Sekam Padi Dengan
Difenilkarbazida dan Uji Adsorpsinya Terhadap Ion Cr(III) dan Cr(IV),
Skripsi, Universitas Udayana, Bali,
2012,
[8] Yun, Y-S., Park, D., Park, J.M., and
Volesky, B., Biosorption of Trivalent Chromium on The Brown Seaweed Biomass, Environ. Sci. Technol., 2001,
35, 4353-4358
[9] Ospiow, L.J., Surface Chemistry Theory
and Industrial Application, Chapman
and Hall Ltd, London, 1962
[10] Oscik, J., and Cooper, L., Adsorptions,
Ellis Horwoo Limited John Willey & Sons, New York, 1982
