KEMAMPUAN ADSORPSI BATANG JAGUNG (Zea mays L.) TERHADAP LOGAM BERAT ION
KADMIUM (Cd2+) PADA KOLOM ADSORPSI SECARA KONTINU (DOWN FLOW)
SKRIPSI
Oleh
PUTERI KEMALA 130405002
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
KEMAMPUAN ADSORPSI BATANG JAGUNG (Zea mays L.) TERHADAP LOGAM BERAT ION
KADMIUM (Cd2+) PADA KOLOM ADSORPSI SECARA KONTINU (DOWN FLOW)
SKRIPSI
Oleh
PUTERI KEMALA 130405002
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2018
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KEMAMPUAN ADSORPSI BATANG JAGUNG (Zea mays L.) TERHADAP LOGAM BERAT ION KADMIUM (Cd2+) PADA KOLOM ADSORPSI
SECARA KONTINU (DOWN FLOW)
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Februari 2018
Puteri Kemala NIM 130405002
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Kemampuan Adsorpsi Batang Jagung (Zea mays L.) terhadap Logam Berat Ion Kadmium (Cd2+) pada Kolom Adsorpsi secara Kontinu (Down Flow)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran logam berat yang sering terdapat pada badan air solusi yang ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena batang jagung dapat dengan mudah didapatkan dan belum dimanfaatkan. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai adsorben, batang jagung tidak perlu mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi kimia, sehingga dapat mengurangi biaya operasional dan produksi.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Bode Haryanto, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan dukungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Si. dan Bapak Dr. Eng Irvan, M.Si., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Si., selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM, selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Dra. Siswarni MZ, selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan seluruh mata kuliah.
6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia.
7. Anita Mayangsari Harahap selaku teman penelitian yang telah berkerja keras dan bersabar sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
8. Seluruh mahasiswa Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Februari 2018 Penulis
Puteri Kemala
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Papa Faisal dan Mama Mila Erlina
Beliau adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukung dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.
Saudara-saudara saya tercinta
Abang Almarhum Ade Praja dan Abang Putera Wicaksana Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya
yang telah kalian berikan selama ini.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Puteri Kemala
NIM : 130405002
Tempat, tanggal lahir
: Huta Godang, 17 Januari 1995
Nama orang tua : Faisal dan Mila Erlina Alamat orang tua : Huta Godang
Asal Sekolah:
SDN Garoga tahun 2001 - 2007
SMPN 2 Sibabangun tahun 2007 - 2010
SMAN 6 Padang Sidimpuan tahun 2010 – 2013
Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 2013 – 2018 Pengalaman Organisasi:
1. Klub Kegiatan Kreativitas Mahasiswa Islam (K3MI) AL-HADIID FT USU sebagai Anggota.
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2015/2016 sebagai Anggota bidang Penelitian dan Pengembangan.
3. Covalen Study Group (CSG) FT USU periode 2015/2016 sebagai Anggota bidang Dakwah.
Pengalaman Kerja
1. Kerja Pratek di PT. Perkebunan Nusantara IV Unit Usaha Bahjambi Simalungun Tahun 2017.
ABSTRAK
Batang jagung digunakan sebagai adsorben untuk mengamati penghilangan ion logam (Cd2+), loading time dan channeling effect pada kolom adsorpsi secara kontinu pada arah down flow. Penelitian dilakukan pada konsentrasi 50 ppm dengan memvariasikan laju alir masuk (5, 10, 15 mL/menit) dan bentuk/ukuran adsorben (1/4 lingkaran, 50 mesh, dan 70 mesh). Kinetika adsorpsi diamati pada laju alir masuk 5 mL/menit dengan ukuran 70 mesh. Penelitian ini menggunakan adsorben batang jagung dalam kolom pada arah down flow. Effluent dikumpulkan pada interval 28 mL. Loading time tersingkat diperoleh pada laju alir 15 mL/menit dengan bentuk adsorben batang jagung 1/4 lingkaran. Fenomena channeling effect terlihat jelas pada bentuk adsorben batang jagung 1/4 lingkaran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinetika % removal efficiency sebesar 100; 100; 71,3; 45,34 (%) dengan volume sampling 112 mL telah mencapai titik jenuh. Removal efficiency tertinggi diperoleh 43,55 % pada laju alir 5 mL/menit dengan ukuran adsorben batang jagung 70 mesh.
Kata kunci: adsorben batang jagung, channeling effect, kolom adsorpsi, loading time, % removal efficiency
STUDY ON CORN STALK (Zea mays L.) ABILITY IN REMOVAL HEAVY METAL CADMIUM ION (Cd2+)
IN CONTINUOUS ADSORPTION COLUMN (DOWN FLOW)
ABSTRACT
Corn stalk was used as an adsorbent to observe removal metal ions (Cd2+), loading time and channeling effect in continuous adsorption column with down flow direction. This study investigated solution in concentration 50 ppm with variation influent flow rates (5, 10, 15 mL/min) and shape/size adsorbent (1/4 round shape, 50 mesh, and 70 mesh). Kinetic adsorption has been observed of influent flow rate 5 mL/min with size 70 mesh. The experiment was used corn stalk adsorbent in the column and down flow direction. The effluent samples were collected in every interval 28 mL. The shortest loading time obtained at 15 mL/min with corn stalk adsorbent shape at 1/4 round. Phenomenon of channeling effect was clearly exist in adsorbent shape at 1/4 round. The results showed that % removal efficiency kinetic obtained 100; 100; 71,3; 45,34 (%) with sampling volume 112 mL was reach equilibrium. The highest removal efficiency obtained 43,55 % at flow rate 5 mL/min with adsorbent size 70 mesh.
Keywords: corn stalk adsorbent, channeling effect, column adsorption, loading time, % removal efficiency
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
DAFTAR SINGKATAN BAB I PENDAHULUAN
xv 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 7
1.3 Tujuan Penelitian 7
1.4 Manfaat Penelitian 7
1.5 Ruang Lingkup Penelitian 8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 10
2.1 Pencemaran Air 10
2.2 Kontaminasi Logam Kadmium 11
2.3 Adsorpsi 12
2.3.1 pH 13
2.3.2 Temperatur 13
2.3.3 Konsentrasi Awal 13
2.3.4 Waktu Kontak 14
2.3.5 Jumlah Adsorben 14
2.4 Mekanisme Adsorpsi 15
2.4.1 Adsorpsi Isoterm 15
2.4.2 Adsorpsi Kinetika 16
2.4.3 Adsorpsi Termodinamika 16
2.5 Mekanisme Kolom 17
2.6 Adsorpsi Adsorben Batang Jagung 17
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 22
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian 22
3.2 Bahan dan Peralatan 22
3.2.1 Bahan 22
3.2.2 Peralatan 22
3.2.3 Rangkaian Peralatan 23
3.3 Rancangan Percobaan 24
3.4 Prosedur Penelitian 24
3.4.1 Prosedur Pembuatan 24
3.4.2 Prosedur Persiapan Adsorben Batang Jagung 26 3.4.3 Prosedur Penelitian Kolom Adsorpsi Secara Kontinu 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32
4.1 Preparasi Adsorben Batang Jagung 32
4.2 Pengaruh Laju Alir Terhadap Loading Time 36
4.3 Kinetika Removal Efficiency Pada Adsorpsi Batang Jagung 38
4.4 Kemampuan Adsorpsi Batang Jagung 40
4.4.1 Pengaruh Laju Alir Terhadap Removal Efficiency 40 4.4.2 Pengaruh Variasi Bentuk dan Ukuran Adsorben Terhadap
Removal Efficiency 41
4.5 Karakteristik Adsorben Batanf Jagung 43
4.5.1 Karakteristik Hasil Analisa Fourier Transform Infra Red (FT- IR) Pada Batang Jagung 70 meh Sebelum dan Sesudah Terkontaminasi Ion Logam Cd.
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 46
5.1 Kesimpulan 46
5.2 Saran 47
DAFTAR PUSTAKA 48
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Permukaan Batang Jagung pada Perbesaran 500 Kali 20
Gambar 2.2 Struktur Kimia Batang Jagung 21
Gambar 2.3 Gugus Fungsi Batang Jagung 21
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Adsorpsi BatangJagung
Menggunakan Kolom Secara Kontinu 23
Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M 24 Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M 25 Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan Cd2+50 ppm 25 Gambar 3.5 Flowchart Persiapan Adsorben Batang Jagung 26 Gambar 3.6 Flowchart Pengeringan Adsorben Batang Jagung 27 Gambar 3.7 Flowchart Penentuan Loading
Time 28
Gambar 3.8 Flowchart Penentuan Volume Sampling 29 Gambar 3.9 Flowchart Penentuan Kapasitas Adsorpsi 31
Gambar 4.1 Pencucian Adsorben Batang Jagung 32
Gambar 4.2 Hasil Pengamatan EDS Pada (a) Sebelum Pencucian,
(b) Sesudah Pencucian 33
Gambar 4.3 Batang Jagung (a) Sebelum Pengeringan, (b) Sesudah
Pengeringan 34
Gambar 4.4 Pengeringan Batang Jagung 34
Gambar 4.5 Pengaruh Laju Alir Terhadap Loading Time 36 Gambar 4.6 Pengaruh Bentuk Adsorben terhadap Channelling Effect pada ukuran (a) 1/4 lingkaran (b) 50 mesh (c) 70 mesh 37 Gambar 4.7 Kinetika Removal Efficiency Pada Adsorpsi Batang Jagung
(a) Volume Tertentu, (b) Akumulasi Volume 38 Gambar 4.8 Pengaruh Laju Alir Terhadap Removal Efficiency
Pada Adsorpsi Batang Jagung 40
Gambar 4.9 Pengaruh Bentuk Dan Ukuran Adsorben Terhadap Removal
Efficiency Pada Adsorpsi Batang Jagung 41
Gambar 4.10 Hasil Analisa FT-IR 43 Gambar B.1 Penentuan Volume Sampling Pada Kolom Adsorpsi 58
Gambar C.1 Adsorben Batang Jagung 59
Gambar C.2 Larutan Baku Cd2+ 50 ppm 59
Gambar C.3 Rangkaian Percobaan Adsorpsi 60
Gambar C.4 Botol Sampel Cd2+ yang diuji AAS 60
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil PenelitianTerbaru yang Memanfaatkan
Batang Jagung sebagai Adsorben yang Berpotensi Menyerap Ion Logam dalam Air Limbah dan Metode Sistem Kolom 3 Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Adsorpsi Batang Jagung 24 Tabel 4.1 Gugus Fungsional dari Permukaan Adsorben Batang Jagung
Yang Diamati dari Spektroskopi FT-IR 44
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 54
A.1 Hasil Pencucian Adsorben Batang Jagung 54
A.2 Hasil Pengeringan Adsorben Batang Jagung 54
A.2.1 Hasil Perhitungan Pengeringan Adsorben Batang Jagung 54
A.3 Data Hasil Penentuan Kinetika Adsorpsi 55
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 56
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution) 56
B.2 Perhitungan Konsentrasi Aktual 57
B.3 Perhitungan Removal Efficiency (%) 57
B.4 Perhitungan Volume Sampling Pada Kolom Adsorpsi 58
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 59
C.1 Sampel Dan Bahan Baku 59
C.2 Eksperimen 60
DAFTAR SINGKATAN
AAS Atomic Adsorption Spectrofotometri
pH power of Hydrogen
ppm part per million
SEM Scanning Electron Microscope FT-IR Fourier Transform InfraRed
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
C Konsentrasi larutan mg/l
Cd2+ Ion kadmium
CdCl2 Kadmium Klorida
HCl Asam klorida
K Konstanta Adsorpsi l/mg
NaOH Natrium Hidroksida
Re % Percent Removal %
t Waktu s
V Volume larutan l
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Pencemaran logam berat merupakan salah satu masalah yang paling penting dalam masalah lingkungan [1], karena bersifat beracun dan tidak dapat terurai, meskipun pada konsentrasi yang rendah [2]. Logam berat bersifat beracun pada semua organisme hidup dan mempunyai densitas paling sedikit 5 kali dari air [3].
Jumlah ion logam berat yang dibuang ke lingkungan meningkat secara signifikan, hal ini disebabkan oleh aktifitas industri dan perkembangan teknologi. Logam berat yang terdapat dalam air limbah berasal dari berbagai jenis industri seperti industri pertambangan, penyepuhan, elektronik, dan produksi baterai. Air Limbah umumnya mengandung logam berat seperti Cu, Ni, Cd, Cr, dan Pb yang tidak dapat terurai oleh mikroorganisme dan terakumulasi dalam sistem ekologi yang dapat menyebabkan efek yang berbahaya bagi manusia, hewan dan tumbuhan [4].
Salah satu logam berat yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia adalah logam kadmium [5]. Kadmium merupakan salah satu dari tiga ion logam berat dalam jumlah sedikit (selain Pb dan Hg) yang sangat beracun dan berbahaya bagi lingkungan dan makhluk hidup. Adapun dampak negatif dari Cd dalam tubuh manusia yaitu dapat menyebabkan gangguan pada ginjal, penyakit hepatitis, kerusakan pada paru-paru, mual, muntah, diare dan kram [6]. Pada konsentrasi logam kadmium yang sangat tinggi dapat menyebabkan kanker dan kematian. Oleh karena itu, WHO dan Cina memberikan nilai ambang batas kandungan logam Cd untuk air minum pada rentang 0,003 dan 0,005 mg/L, berturut-turut. Nilai ini merupakan dasar untuk menghilangkan logam kadmium yang berlebih pada lingkungan perairan [5].
Teknik penghilangan logam dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti presipitasi, proses membran, recovery elektrolisis, ekstrasi cair-cair dan penyerapan (adsorpsi, pertukaran ion). Diantara metode-metode tersebut, metode adsorpsi merupakan metode yang umum digunakan karena efektif dan juga ekonomis untuk menghilangkan logam dari air limbah [2]. Proses adsorpsi sangat efektif dan telah digunakan secara luas dalam menghilangkan logam kadmium karena ion-ion Cd
dapat dengan mudah dihilangkan dari fasa cair, kemudian terikat kedalam adsorben melalui interaksi fisika maupun kimia selama proses adsorpsi [5]. Proses adsorpsi sangat diminati, karena bahan bakunya berasal dari limbah pertanian yang murah dan jumlahnya melimpah, seperti jumbai jagung, kulit pisang, batang gandum, batang kedelai, tongkol jagung dan batang jagung telah diselidiki dapat menghilangkan ion logam berat [4].
Batang jagung memiliki potensi yang baik untuk digunakan sebagai bioadsorben, karena keberadaannya di lingkungan berlimpah dan belum dimanfaatkan dengan baik. Batang jagung telah diselidiki dapat menghilangkan logam kadmium dengan menggunakan metode batch dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) 50 ppm pada larutan dengan pH 4,5. Berdasarkan perbandingan bentuk adsorben, kapasitas adsorpsi tertinggi terjadi pada bentuk 70 mesh dengan persen adsorpsi 75-80%, pada kecepatan pengadukan 250 rpm, dan pada waktu kontak 24 jam yaitu Cd2+:4,43 mg/g atau sekitar 88,51% dan pemodelan kinetika adsorpsi terbaik berdasarkan koefisien korelasinya adalah persamaan orde dua yang menunjukkan adanya reaksi kimia pada permukaan adsorben [7].
Adsorpsi adalah proses transfer massa suatu bahan (zat) yang berpindah dari fasa cair ke permukaan suatu padatan dan menjadi ikatan interaksi fisika maupun kimia. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi adalah sifat fisika dan kimia adsorben dan adsorbat, konsentrasi adsorbat dalam larutan, suhu, pH, dan juga waktu kontak [8].Sistem pada adsorpsi terdiri dari dua macam yaitu sistem batch dan sistem kontinu (kolom). Adsorpsi secara batch akan memberikan gambaran kemampuan dari adsorben dengan cara mencampurkannya dengan larutan yang tetap jumlahnya dan mengamati perubahan kualitasnya pada selang waktu tertentu [9].Namun, metode adsorpsi secara batch kurang efektif. Hal ini disebabkan oleh banyaknya penggunaan energi dan memakan waktu yang lama serta dalam prosesnya ada pengocokan yang dapat menyebabkan kerusakan pada lapisan permukaan adsorben, sehingga muncul metode adsorpsi yang dipandang lebih baik dari batch yaitu metode kolom [10]. Adsorpsi secara kontinu secara praktis, proses ini mempunyai pendekatan yang jauh lebih baik untuk penerapan dilapangan karena sistem operasinya yang selalu mengkontakkan adsorben dengan larutan segar, sehingga adsorben dapat mengadsorpsi secara optimal sampai
kondisinya jenuhnya [9].Oleh karena itu, sistem kolom ini lebih menguntungkan karena pada umumnya memiliki kapasitas lebih besar dibandingkan dengan sistem batch, sehingga lebih sesuai untuk aplikasi dalam skala besar. Pada sistem kolom dapat dilakukan dengan dua cara aliran yaitu aliran dari atas kebawah (down flow) dan aliran dari bawah ke atas (up flow) [11].
Proses adsorpsi dengan dengan aliran down flow memberikan kemudahan operasi dan juga kemampuan sebagai suatu penyaring secara bersamaan. Alirannya dapat dioperasikan dengan bantuan gaya gravitasi. Menggunakan aliran down flow fixed bed diketahui dapat menghilangkan logam kadmium dengan menggunakan adsorben sekam padi [12].
Dapat dilihat dalam Tabel 1.1 beberapa hasil penelitian terbaru yang memanfaatkan batang jagung sebagai adsorben yang berpotensi menyerap ion logam dalam limbah air dan metode adsorpsi kolom secara kontinu.
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan Batang Jagung sebagai Adsorben yang Berpotensi Menyerap Ion Logam dalam Limbah Air dan Metode Adsorpsi Sistem Kolom (1)
Nama Peneliti (Tahun)
Penelitian Hasil Penelitian Sumber/
Jurnal Panjaitan,
(2016)
- Batang jagung - Bentuk bulat, 1/2
bulat, 1/4 bulat, 50 mesh dan 70 mesh Batch :
- Menyerap Cd2+
- pH 4,5 - 50 ppm
- 150, 220, 250 rpm - Waktu adsorpsi 2
jam
- Berdasarkan
perbandingan bentuk adsorben, kapasitas adsorpsi paling baik pada bentuk 70 mesh dengan persen
adsorpsi 75-80,648%.
- Waktu kontak optimum pada menit ke- 70 dan kemudian cenderung mengalami konstan pada menit ke-80 menit.
Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) Dengan Menggunakan Adsorben Dari Batang
Jagung (Zea mays)
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan Batang Jagung sebagai Adsorben yang Berpotensi Menyerap Ion Logam dalam Limbah Air dan Metode Adsorpsi Sistem Kolom (2)
- Kapasitas adsorpsi yang paling baik dengan variasi kecepatan pengadukan diperoleh pada kecepatan
pengadukan 250 rpm.
- Pemodelan kinetika adsorpsi terbaik berdasarkan koefisien korelasinya adalah persamaan orde dua.
Song, dkk., (2015)
- Batang jagung - Kromium Cr(VI) - Gugus fungsi
amina magnetik (FeSO4 dan FeCl3) Bacth:
- Massa adsorben 1 g
- pH 2-9,0 - Kecepatan
pengadukan 180 rpm dan suhu 30
± 0,5 ℃.
- Kapasitas adsorpsi optimum batang jagung (AF-MCS) adalah1 g/L.
- Kapasitas adsorpsi maksimum dari kromium Cr(VI) pada pH 3,0.
- Mengikuti persamaan Langmuirisothermdan kinetika pseudo-dua.
High-capacity adsorption of dissolved hexavalent chromium using amine-
functionalized magnetic corn stalk
composites ELSEVIER
(Kulkarni dan Jayant, 2015)
- Sekam Padi dan dicampur dengan pasir
- Kolom:
Ukuran sekam padi dibawah -72 mesh
- Kadmium sulfat - Operasi fixed bed
diameter kolom 5,3 cm dan tinggi 100 cm
- Adsorption fixed bed diketahui merupakan metode yang efisien dalam menghilangkan logam kadmium.
- Keadaan optimum saat ketinggian bed 50 cm, laju alir 30 mg/l dan pada pH 6.
Analysis of Packed Bed Adsorption Column with Low Cost Adsorbent for Cadmium Removal IASKS
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan Batang Jagung sebagai Adsorben yang Berpotensi Menyerap Ion Logam dalam Limbah Air dan Metode Adsorpsi Sistem Kolom (3)
- Perbandingan sekam padi : pasir (3:2)
- Kenaikan ketinggian bed menyebabkan break through dan waktu exhaustion melambat.
Vafakhah, dkk.,(2014)
- Batang jagung - Tongkol jagung - Menyerap Cu
Batch : - 70 mesh - pH 1,5-4,5 - 220 ppm,1 g
adsorben
- Waktu optimum 20 menit pertama.
- pH optimum 4,5.
- Adsorben diaktifkan dengan senyawa asam.
- kapasitas adsorpsi sebesar 0,325 mmol/g setelah dimodifikasi.
Removal of copper ions from
electroplating effluent solutions with nativecorn cob and corn stalk and chemically modified corn stalk
ELSEVIER Salmani,dkk.,
(2013)
- Fe2O3, Al2O3, aktivasi karbon Kolom:
- Menyerap Cu(II) - Waktu kontak 65
menit
- pH laju masuk 6,5 - suhu 25 ℃
- Laju masuk
- Ketinggian bed 10 cm
- Laju alir 1,85 mL/min
- Massa adsoben 20 g
- Konsentrasi awalCu(II)20mg/L
- Proses adsopsi secara kontinu dengan down flow memiliki potensial dalam
menghilangkan logam Cu(II) dari air limbah.
- Persentase maksimum penghilangan Cu (II) adalah 99,7%
dengan waktu breakthrough time 212 menit.
- Aktivasi karbon merupakan adsoben yang paling tinggi pada adsorpsi kolom dibandingkan dengan adsorben mineral yang lain.
A comparative study of copper (ii) removal on iron oxide, aluminum oxide and activated carbon by continuous down flow method ACADEMIC JOURNAL
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan Batang Jagung sebagai Adsorben yang Berpotensi Menyerap Ion Logam dalam Limbah Air dan Metode Adsorpsi Sistem Kolom (4)
- Pada laju alir 1,85 mL/min sesaui dengan laju alir untuk Fe2O3, Al2O3, sedangkan aktivasi karbon dapat menyesuaikan pada kecepatan laju alir yang lebih besar.
Zheng, dkk., (2010)
- Batang jagung acrylonitrile modified corn stalk (AMCS).
Batch :
- Massa adsorben 0,5 g pada 50 ml CdCl2
- Kecepatan Pengadukan 120 rpm
- Pada suhu (10, 20, 30, 40) ℃
- Kapasitas adsorpsi meningkat dari 3,39 to 12,73 mg/g setelah modifikasi.
- ACM efekctis sebagai adsorben untuk menghilangkan Cd (II) dalam
larutan.
- Data eksperimen pada suhu 20 ℃ mengikuti persamaan Langmuir
isothermdan proses adsorpsi terbaik menikuti model kinetika orde pseudo- dua.
- Aktivasi energi (Ea) adalah 9.43 kJ/mol.
Equilibrium and kinetic studies of adsorption of Cd(II) from aqueous solution using modified corn stalk ELSEVIER
Berdasarkan uraian penelitian diatas, pada proses adsorpsi secara batch dipengaruhi oleh bentuk adsorben, pH, kecepatan pengadukan dan konsentrasi awal. Namun, sistem batch dinilai kurang efektif karena membutuhkan energi dan waktu yang lama. Berbeda dengan sistem kolom yang memberikan pendekatan yang lebih baik untuk penerapan pada di kehidupan nyata dan memilki kapasitas yang lebih besar dibandingkan dengan sistem batch. Proses adsorpsi dengan aliran down flow memberikan kemudahan operasi dengan bantuan gaya gravitasi dan memliki potensial dalam menghilangkan logam berat pada air limbah.
Pemanfaatan batang jagung sebagai adsorben untuk menyerap ion Cd(II) telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya [13].Penelitian tersebut dilakukan dalam sistem batch dengan melakukan variasi bentuk adsorben, waktu kontak dan kecepatan pengadukan.
Penelitian ini merupakan lanjutan dari penelitian diatas yaitu mengetahui kemampuan batang jagung sebagai adsorben untuk Ion Cd (II) dalam kolom sistem kontinu pada aliran down flow (atas ke bawah).
1.2 RUMUSAN MASALAH
Adapun permasalahan yang akan diteliti adalah:
1. Bagaimana pengaruh kapasitas adsorpsi ion logam Cd(II) dalam kolom sistem kontinu dengan variasi laju alir dan variasi bentuk adsorben.
2. Bagaimana pengaruh loading time terhadap variasi laju alir.
3. Bagaimana pengaruh channelling effect terhadap arah aliran.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan penelitian ini dilakukan adalah:
1. Mempelajari kemampuan adsorpsi ion logam Cd(II) dalam kolom sistem kontinu dengan variasi laju alir dan variasi bentuk adsorben.
2. Mempelajari pengaruh loading time terhadap variasi laju alir.
3. Mempelajari pengaruh channelling effect terhadap arah aliran.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Memberikan informasi tentang kemampuan adsorpsi dalam kolom sistem kontinu dengan variasi laju alir dan variasi bentuk adsorben.
2. Memberikan informasi tentang kemampuan adsorpsi terhadap pengaruh loading time danvolume sampling.
3. Memberikan informasi tentang pengaruh channelling effect terhadap arah aliran.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Surfaktan dan Aplikasi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Analisa hasil penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu batang jagung sebagai bahan baku dan kadmium klorida (CdCl2) sebagai sumber kadmium (Cd2+) yang akan diadsorpsi dengan kolom sistem kontinu, asam klorida (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) sebagai pengatur pH, aquadest (H2O) sebagai pelarut. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah column (diameter 1,5 cm dan tinggi 7,5 cm), peristaltic pump, ayakan 50 mesh, 70 mesh dan 110 mesh, pH meter, gelas ukur, beaker glass 1 liter, corong, erlenmeyer, neraca analitik, botol plastik, cawan, termometer, pipet tetes, cutter, statif dan klem. Sedangkan alat analisa utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) dan Fourier Transform Infra Red (FT-IR).
Variabel – variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Variabel Tetap
Massa adsorben : 1 g [14]
Ukuran kolom adsorpsi : diameter 1,5 cm dan tinggi 7,5 cm
Suhu adsorpsi : Suhu Kamar
pH larutan : 4,5 [14]
Konsentrasi : 50 ppm [13].
Volume sampling : 28 ml
2. Variabel Bebas
Ukuran adsorben : 1/4 lingkaran dengan ketebalan
±0,5
cm, 50 mesh dan 70 mesh
Laju alir : 5, 10, 15 (mL/menit)
Analisa yang dilakukan adalah analisa Absorption Spectroscopy (AAS), analisa Fourier Transform InfraRed (FT-IR), analisa pH dengan menggunakan pH meter dan analisa berat sampel menggunakan neraca analitik.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PENCEMARAN AIR
Air merupakan komoditas yang berharga dalam kehidupan. Namun, hanya 0,01 % dari total air di bumi dapat di konsumsi. Keberadaan logam berat dalam badan air telah menjadi masalah besar karena menyebabkan terganggunya kesehatan manusia. Pesatnya perkembangan industri telah meningkatkan pembuangan logam berat kedalam badan air [15] seperti industri metalurgi, pupuk, zat warna, bahan celup, penyepuhan, baterai, baja, pertambangan, kimia, farmasi, peleburan dan lain-lain [12].
Logam berat adalah unsur-unsur yang memiliki berat atom antara 63,5 dan 200,6 dan specific gravity lebih besar dari 5,0. Sebagian besar logam berat bersifat berbahaya bagi kesehatan dan juga lingkungan [16]. Logam berat yang terdapat dalam limbah akan terakumulasi dan tidak dapat terurai. Bahkan, logam berat tersebut akan larut dalam lingkungan perairan dan kemudian dapat diserap oleh sel hidup, kemudian masuk kedalam rantai makanan, terjadi penyerapan logam kimia dan biomagnifikasi pada tingkatan tropik yang lebih tinggi [17].
Air Limbah umumnya mengandung logam berat seperti Cu, Ni, Cd, Cr, and Pb yang tidak dapat terurai oleh mikroorganisme dan terakumulasi dalam sistem ekologi yang dapat menyebabkan efek yang berbahaya bagi manusia, hewan dan tumbuhan [4] karena bersifat beracun dan tidak dapat terurai, meskipun pada konsentrasi yang rendah [2]. Logam berat dapat menyebabkan penyakit bagi kesehatan manusia dalam jangka waktu sementara dan jangka panjang [12], pada tingkat paparan yang akut oleh logam berat dapat menyebabkan gangguan fungsi kardiovaskuler dan pada rongga pernapasan, paru-paru, ginjal, hati, kelenjar endokrin dan pada tulang. Paparan logam berat secara terus-menerus dapat menurunkan kesehatan dan dapat meningkatkan beberapa risiko terkena kanker [16].
2.2 KONTAMINASI LOGAM KADMIUM
Logam kadmium merupakan logam tramsisi yang terletak pada golongan 2B dengan nomor atom 48, berat atom 112,4, densitas 8.65 g.cm−3, titik lebur 320,9 ℃ dan titik didih 765 ℃. Bersama dengan Hg dan Pb, Cd merupakan salah satu dari tiga logam berat beracun dan tidak diketahui fungsi esensial secara biologi. Dalam senyawa, kadmium ditemukan sebagai ion divalen Cd(II) [18].
Logam kadmium (Cd) memiliki karakteristik berwarna putih keperakan seperti logam aluminium, lunak, mengkilap, tidak larut dalam basa, mudah bereaksi, tahan panas, tahan terhadap korosi. Kadmium (Cd) digunakan untuk elektrolisis, bahan pigmen untuk industri cat, enamel, dan plastik [19]. Kadmium terbentuk secara alami pada kerak bumi dan tersebar luas, tetapi tergantung pada penyebaran unsurnya (0.1–0.2 mg kg−1). Sumber alami Cd yaitu batuan dasar yang terletak dibawah tanah atau bahan induk alami. Di alam, logam kadmium sering ditemukan dalam bentuk bijih kompleks yang mengandung seng, timah dan tembaga [20], yaitu berasal dari proses erosi dan abrasi oleh batu dan tanah serta peristiwa alam seperti kebakaran hutan dan erupsi vulkanik [21].
Logam kadmium merupakan salah satu dari tiga logam dalam jumlah sedikit (selain Pb dan Hg) yang sangat beracun dan berbahaya bagi lingkungan dan makhluk hidup [6], karena elemen ini beresiko tinggi terhadap pembuluh darah, kadmium berpengaruh terhadap manusia dalam jangka waktu panjang dan dapat terakumulasi pada tubuh khususnya hati dan ginjal. Keracuanan logam kadmium dapat menyebabkan ganguan pencernaan, seperti kasus pencemaran kadmium di Jepang (Itai-itai disease). Kadmium memiliki pengaruh yang sangat unik terhadap anak-anak yakni dapat membantu perkembangan otak. Namun memiliki pengaruh yang sangat berbeda pada orang dewasa, yakni kadmium memiliki efek yang tidak baik diantaranya menaikkan risiko terjadinya kanker payudara, penyakit kardiovaskular atau paru-paru, penyakit jantung, kegagalan fungsi ginjal, encok, pembentukan artritis, juga kerusakan tulang. Logam kadmium akan mengalami biotransformasi dan bioakumulasi dalam organisme hidup (tumbuhan, hewan dan manusia). Dalam tubuh biota perairan jumlah logam yang terakumulasi akan terus mengalami peningkatan (biomagnifikasi) dan pada rantai makanan biota yang tertinggi akan mengalami akumulasi logam kadmium yang lebih banyak. Logam
kadmium dapat terakumulasi dalam di tubuh manusia kemudian dapat keluar dari tubuh, tetapi dengan waktu tunggu berkisar antara 20-30 tahun. Pengaruh yang terjadi didalam tubuh beragam, dari hipertensi sampai kanker [19]. Oleh karena itu, WHO dan Cina memberikan nilai ambang batas kandungan logam Cd untuk air minum pada rentang 0,003 dan 0,005 mg/L, berturut-turut. Nilai ini merupakan dasar untuk menghilangkan logam kadmium yang berlebih pada lingkungan perairan [5].
2.3 ADSORPSI
Adsorpsi adalah proses yang terjadi ketika suatu gas atau cairan (zat terlarut) terakumulasi pada permukaan suatu padatan atau cairan (adsorben), membentuk suatu molekuler atau atomik film (adsorbat). Adsorpsi merupakan metode yang umum digunakan untuk menghilangkan ion-ion logam pada limbah industri [16]
karena merupakan teknik pembersih yang lebih efisien dan lebih murah. Proses adsorpsi dapat dilakukan secara batch, semi-batch dan kontinu [22]. Adsorpsi dapat dikategorikan menjadi dua bagian, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia [8].
Adsorpsi fisika adalah hasil dari gaya tarik-menaik intermolekular antara molekul- molekul adsorben dan adsorbat. Adsorpsi fisika terjadi ketika gaya tarik intermolekular antara suatu molekul padat dan gas lebih besar daripada gaya tarik antara molekul-molekul gas itu sendiri. Adsorpsi kimia merupakan hasil interaksi antara zat padat dan permukaan adsorbat. Adsorpsi kimia juga disebut sebagai aktivasi adsorpsi, bersifat irreversible (tidak dapat berubah). Adsorpsi kimia sangat penting dalam katalis. Oleh karena itu, adsorpsi kimia dianggap seperti reaksi kimia. Proses adsorpsi kimia dapat bersifat eksotermik atau endotermik berkisar antara dari sangat kecil sampai sangat besar. Langkah dasar dalam adsorpsi kimia sering melibatkan energi aktivasi yang besar [16].
Mekanisme adsorpsi yang terjadi dapat digambarkan sebagai permukaan adsorben dapat menarik molekul–molekul gas atau cair yang bersinggungan dengannya secara fisika dan kimia [23]. Pada proses fisika, adsorpsi terjadi tanpa adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan permukaan adsorben.
Molekul-molekul adsorbat terikat secara lemah karena adanya gayavan der Walls.
Adsorpsi ini relatif berlangsung cepat dan bersifat reversible [24]. Sedangkan pada
proses adsorpsi secara kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia yang diawali dengan adsorpsi fisika, yaitu partikel- partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau ikatan hidrogen, kemudian diikuti oleh adsorpsikimia dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen) [23].
Adapun beberapa tahapan proses adsorpsi molekul adsorbat yang terjadi pada fasa cair ke permukaan adsorben [16] yaitu :
1. Perpindahan adsorbat dari larutan bulk menuju permukaan luar adsorben dengan difusi melewati lapisan batas (boundary layer) cairan.
2. Transfer massa internal (interfase) oleh difusi pori dari permukaan adsorben sebelah luar sampai bagian dalam permukaan struktur pori.
3. Difusi permukaan sampai menuju struktur pori .
4. Penyerapan adsorbat di sisi aktif pada bagian dalam permukaan pori.
Penelitian terdahulu telah memberikan informasi tentang efisiensi adsorben sebenanya dipengaruhi oleh sifat fisika-kimia dari larutan seperti, pH, temperatur, konsentrasi awal, waktu kontak dan jumlah adsoben [8] Yaitu antara lain :
2.3.1 pH
Adsorpsi ion logam berat umumnya dipengaruhi oleh pH larutan.pH dapat mempengaruhi permukaan adsoben, derajat ionisasi dan juga jenis adsorbat.
Pada tingkatan pH tertentu, penyerapan logam dapat meningkat dengan peningkatan pH, tetapi peningkatan pH yang berlebihan (lebih lanjut) dapat menurunkan laju adsorpsi.
2.3.2 Temperatur
Tergantung pada adsorben yang digunakan, suhu dapat mempengaruhi kapasitas adsorpsi dari adsorben. Suhu dapat mempengaruhi kesetimbangan adsorpsi tergantung pada proses eksotermis atau endotermis.
Entalpi, entropi dan energi bebas Gibbs adalah parameter yang dibutuhkan untuk ditentukan sebelum mengambil kesimpulan.
2.3.3 Konsentrasi Awal
Konsentrasi ion logam dapat mengubah efisiensi penghilangan logam melalui suatu kombinasi faktor seperti spesifik permukaan gugus fungsi dan kemampuan permukaan gugus fungsi dalam mengikat ion logam. Konsentrasi awal
larutan dapat memberikan dengan gaya dorong untuk mengatasi daya tahan transfer massa logam antara cairan dengan fasa padatan.
2.3.4 Waktu Kontak
Adsorpsi ion logam oleh adsorben juga dipengaruhi oleh gugus fungsi antara larutan dan permukaan adsorben dapat dianggap lengkap ketika mencapai antara zat terlarut pada larutan dan adsorben. Walaupun, waktu dibutuhkan untuk mempertahankan interaksi kesetimbangan untuk menjamin proses adsorpsi terjadi dengan baik.
2.3.5 Jumlah Adsorben
Jumlah adsorben merupakan salah satu parameter yang digunakan untuk menentukan kapasitas adsorben dalam pemberian konsentrasi adsorbat.Ketika jumlah adsorben meningkat, laju adsorpsi juga meningkat.Akan tetapi, laju adsorpsi dapat menurun dengan peningkatan jumlah yang lebih lanjut.
2.4 MEKANISME ADSORPSI
Mekanisme adsorpsi tidak sesederhana yang dijelaskan oleh teori adsorpsi yang menyerap logam pada permukaan adsorben. Ada dua model yang dapat menggambarkan mekanisme antara adsorbat dan adsorben. Model Langmuir dan model Freundlich merupakan model yang umum digunakan untuk mendeskripsikan penyerapan isotherm. Sedangkan dalam kinetika, model orde pseudo-pertama dan orde pseudo-kedua dapat digunakan dalam mendeskripsikan kinetika penyerapan. Termodinamika penyerapan ion logam dapat dijelaskan berdasarkan pada parameter termodinamika seperti, energi bebas (∆Go), entalpi (∆Ho), perubahan entropi (∆So), [8] yaitu sebagai berikut:
2.4.1 Adsorpsi Isoterm
Penyerapan isoterm digunakan untuk mendekripsikan mekanisme bagaimana interaksi ion adsorbat pada permukaan adsorben.Ada beberapa persamaan isoterm untuk menganalisa parameter kesetimbangan penyerapan pada percobaan, tetapi model adsorpsi isoterm digunakan untuk sistem zat terlarut tunggal, yaitu isoterm Langmuir dan Freundlich.Kedua model tersebut, diketahui lebih cocok untuk mendeskripsikan hubungan antara qe (jumlah
adsorbat dalam kesetimbangan mg/g) dan Ce (konsentrasi adsorbat yang tinggal dalam larutan mg/l).
2.4.1.1 Isoterm Langmuir
Berdasarkan teori Langmuir, molekul adsorbat pada jumlah yang tetap didefenisikan sebagai tempat aktif dimana terdistribusi secara homogen pada permukaan adsorben. Sisi aktif mempunyai daya tarik (afinitas) yang sama untuk adsorpsi mono molekuler dan tidak ada interaksi antara molekul adsorben.
PersamaanLangmuir dituliskan sebagai:
qe = 𝑞𝑚𝑎𝑥𝑏 𝐶𝑒
1+ 𝑏 𝐶𝑒
dimanaqe adalah kapasitas penyerapan logam oleh adsorben dan secara intensif bergantung pada sifat fisika dan kimia dari adsorbat dan adsorben. Isoterm Langmuirdapat menjelaskan berdasarkan asumsi: proses adsorpsi hanya terbatas pada adsorpsi satu-lapisan dan prosesnya dapat balik (reversible) ketika tidak ada interaksi.
2.4.1.2 Isoterm Freundlich
Model isotherm Freundlich menafsirkan proses adsorpsi pada permukaan heterogen dengan interaksi yang terjadi antara molekul adsorbat dan tidak ada pembatasan pembentukan dari suatu satu lapisan. Model ini umumnya digunakan untuk mendeskripsikan adsorpsi komponen organik dan anorganik pada berbagai macam adsorben. Persamaan Freundlich dapat dituliskan sebagai :
qe = K fe1
n
dimana Kf adalah konstanta kesetimbangan adsorpsi, sedangkan 1/n adalah faktor heterogen yang berhubungan dengan kapasitas dan intensitas proses adsorpsi dan Ce adalah konsentrasi kesetimbangan (mg/l). Model ini menganggap bahwa ketika konsentrasi adsorbat meningkat, konsentrasi adsorbat pada permukaan adsoben juga meningkat dan selalu berhubungan.Energi penyerapan menurun secara eksponensial pada pusat penyerapan dari adsorben.Model isotherm Langmuirdan Freundlichsering digunakan untuk mendeskripsikan short term dan adsorpsi satu komponen dari ion logam dengan bahan yang berbeda.
2.4.2 Adsorpsi Kinetika
Waktu kontak dari dari eksperimen dapat digunakan untuk mempelajari orde laju-batas dalam proses adsorpsi dalam bentuk kinetika energi. Proses keseluruhan adsorpsi dapat dikontrol salah satu caranya seperti difusi pori, difusi permukaan atau kombinasi lebih dari satu langkah. Persamaan orde pertama Lagergen dan persamaan orde dua Ho adalah salah satu contoh model kinetik yang umum digunakan untuk mendeskripsikan model kinetika.
Persamaan kinetik Lagergen orde pseudo-pertama, dapat dituliskan sebagai berikut :
dqt
dt = k1 (𝑞𝑒− 𝑞𝑡)
Dimana qe dan qt adalah jumlah sisa adsorbat (mg/g) pada kesetimbangan pada waktu tertentu t (menit), dan k1 adalah konstanta kecepatan orde pseudo-pertama (menit-1). Ordepseudo-pertama, menganggap perubahan kecepatan zat terlarut dengan dengan perubahan waktu secara langsung sebanding dengan kejenuhan konsentrasi dan jumlah padatan terhadap waktu.
Persamaan orde pseudo-kedua , dapat dituliskan sebagai berikut :
𝑑𝑞𝑡
𝑑𝑡=k(𝑞𝑒− 𝑞𝑡)2
Orde pseudo-kedua adalah model yang didasarkan pada laju-batas dari adsorpsi kimia menyertakan gaya valensi melalui pemakaian bersama atau pertukaran elektron antara adsorben dan adsorbat.
2.4.3 Adsorpsi Temodinamika
Temperatur adalah salah satu parameter dalam penyerapan ion logam yang berhubungan dengan proses adsorpsi termodinamika. Umumnya, ada dua jenis, yaitu proses penyerapan endotermal dan eksotermal yang ditentukan berdasarkan kenaikan atau penurunan selama proses adsorpsi.
Apabila proses penyerapan meningkat bersamaan dengan peningkatan temperatur, maka proses tersebut dapat dijelaskan dengan proses endotermal, sedangkan jika proses penyerapan menurun bersamaan dengan peningkatan temperatur, maka proses tersebut dapat dijelaskan dengan proses eksotermal.
Konstanta kesetimbangan diperoleh dai persamaan Langmuir pada berbagai titik temperatur yang digunakan untuk menentukan parameter termodinamika,
seperti entalpi (∆Ho), perubahan energi bebas (∆Go), dan perubahan entropi (∆So). Energi bebas adsorpsi (∆Go) dapat dihubungkan dengan konstanta adsorpsi Langmuir, sebagai berikut :
∆Go = −RTln Kc
ln kc∆S
R −∆H
RT
nilai diperoleh dari parameter termodinamika yang diperhitungkan untuk memprediksi proses penyerapan alami. Perbedaan proses adsorpsi ion logam pada adsorben yang berbeda tentu berbeda dan parameter penyerapan termodinamika ion logam didominasi oleh ion logam alami, bioadsoben, kondisi larutan, kekuatan ionik dan kondisi eksperimental.
2.5 ADSORPSI KOLOM
Sistem pada adsorpsi terdiri dari dua macam yaitu sistem batch dan sistem kontinu (kolom). Adsorpsi secara batchakan memberikan gambaran kemampuan dari adsorben dengan cara mencampurkannya dengan larutan yang tetap jumlahnya dan mengamati perubahan kualitasnya pada selang waktu tertentu. Sedangkan adsorpsi secara kontinu secara praktis, proses ini mempunyai pendekatan yang jauh lebih baik untuk penerapan dilapangan karena sistem operasinya yang selalu menkontakkan adsorben dengan larutan segar, sehingga adsorben dapat mengdsorpsi secara optimal sampai kondisinya jenuhnya [9]. Namun, metode adsorpsi dengan metode batch kurang efektif. Hal ini disebabkan oleh banyaknya penggunaan energi dan memakan waktu yang lama serta dalam prosesnya ada pengocokan yang dapat menyebabkan kerusakan pada lapisan permukaan adsorben, sehingga muncul metode adsorpsi yang dipandang lebih baik dari batch yaitu metode kolom [10]. Oleh karena itu, sistem kolom ini lebih menguntungkan karena pada umumnya memiliki kapasitas lebih besar dibandingkan dengan sistem batch, sehingga lebih sesuai untuk aplikasi dalam skala besar. Pada sistem kolom dapat dilakukan dengan dua cara aliran yaitu aliran dari atas kebawah (down flow) atau aliran dari bawah ke atas (up flow) [11]. Proses adsorpsi dengan dengan aliran down flow memberikan kemudahan operasi dan juga kemampuan sebagai suatu penyaring secara bersamaan. Alirannya dapat dioperasikan dengan bantuan gaya gravitasi.
Menggunakan aliran down flow fixed bed diketahui dapat menghilangkan logam kadmium dengan menggunakan adsorben sekam padi [12].
Loading Time atau T loading adalah waktu yang diperlukan kontaminan logam untuk menembus pori adsoben batang jagung keluar kolom adsorpsi [25].
Bentuk dan ukuran adsorben yang berbeda dapat mempengaruhi porositas adsorben yang berhubungan dengan kecepatan fluida yang mengalir dalam kolom. Porositas adsorben yang bervariasi dapat menghasilkan perbedaan gaya hambat pada aliran fluida yang menyebabkan kecenderungan aliran fluida untuk bergerak bebas,sehingga menimbulkan channeling effect [26]. Channeling effect pada aliran fluida dalam kolom menyebabkan rendahnya waktu kontak antara larutan influent dengan adsorben.
Chanelling effect adalah pengaruh yang menyebabkan interaksi adsorben dan adsorbat berkurang atau tidak terjadi sama sekali. Larutan dengan kosentrasi tertentu cenderung langsung mengalir keluar tanpa berinteraksi dengan permukaan yang kemudian menghasilkan chanelling effect [25]. Pada penelitian ini menggunakan arah aliran dari atas ke bawah menyebabkan adanya chanelling effect ditandai dengan permukaan adsorben tidak terbasahi seluruhnya karena larutan langsung keluar tanpa berinteraksi dengan adsorben.
2.6 ADSORPSI ADSORBEN BATANG JAGUNG
Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu bahan pangan yang penting di Indonesia karena jagung merupakan sumber karbohidrat kedua setelah beras [27].
Tanaman jagung merupakan salah satu produk pertanian terbesar di Indonesia.
Badan Pusat Statistik (BPS) menghitung bahwa produksi jagung di Indonesia mencapai 20,67 juta [28]. Hal ini mengindikasikan jumlah hasil samping pasca panen tanaman jagung yaitu tongkol, kulit dan batang jagung melimpah. Batang jagung merupakan komponen terbesar tanaman jagung yang mencapai 83,28% total berat biomassa. Batang jagung setelah panen mengandung 42,4% selulosa; 29,6%
hemiselulosa; 21,7% lignin dan 5,1% komponen lainnya [29].
Keberadaan logam berat yang tinggi di suatu perairan dapat menurunkan mutu air serta membahayakan lingkungan dan organisme perairan. Adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai karena memiliki konsep yang lebih
