Repository FMIPA 1 STUDI KINETIKA ADSORPSI LOGAM Pb(II) PADA SISIK IKAN LOMAK
(Leptobarbus hoevani)
Rizka Zahera1, Nurhayati2, Amir Awaluddin3
1
Mahasiswa Program Studi S1 Kimia
2
Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia
3
Bidang Kimia Anorganik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia Zahera_rizka@yahoo.com
ABSTRACT
The adsorption ability of fish scale jelawat (Leptobarbus hoevani) has been studied for the removal Pb(II) in aqueous solution. The adsorption experiments were conducted at each shaker times of 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120 and 180 minutes. All of the experiments were done at 120 rpm, initial optimum concentration of 36,721 mg/L and mass of adsorbat at 0,1 g. The amount of Pb (II) adsorbed by the adsorbents was measured by Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). The result showed the uptake capacity of fish scales was 3,1967 mg/g at initial concentration of 36,721 mg/L and temperature 30oC. The optimum time of shaker was 120 minute (30oC). All data were fitted to kinetic models of the pseudo-first order and second order to determine the adsorption behavior. The data were found to follow pseudo second-order for value R2 are 0,988 (30oC).
Keywords : Adsorption; kinetics; biosorption; fish scales; thermodynamic
ABSTRAK
Kemampuan adsorpsi sisik ikan jelawat (Leptobarbus hoevani) dipelajari menggunakan kation Pb(II) di dalam larutan berair. Eksperimen diamati pada setiap waktu kontak 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120 dan 180 menit. Semua eksperimen dikondisikan pada kecepatan pengadukan 120 rpm, konsentrasi awal 36,721 mg/L dan massa adsorbat sebanyak 0,1 g. Jumlah Pb(II) yang terjerap pada adsorben diukur melalui spektrofotometer serapan atom (SSA). Semua data yang didapat diaplikasikan ke dalam model kinetika pseudo order-pertama dan pseudo order-kedua. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sisik ikan jelawat mempunyai daya jerap sebesar 3,1967 mg/g pada konsentrasi awal adsorbat 36,721 mg/L pada suhu 30oC. Waktu pengadukan optimum adalah 120 menit (30oC dan 50 oC); 45 menit (40oC) dan 30 menit (60oC). Model kinetika yang sesuai pada penelitian ini adalah order-kedua pseudo dengan nilai koefisien korelatif (R2) sebesar 0,988 (30oC).
Repository FMIPA 2
PENDAHULUAN
Ikan jelawat (kelemek) merupakan salah satu jenis ikan air tawar yang terdapat di Provinsi Riau yang mempunyai nilai ekonomis. Produksi ikan jelawat atau kelemak (Leptobarbus hoevani) berjumlah 1.560 ton pada tahun 2006, sedangkan pada tahun 2007 meningkat menjadi 2.307 ton dan pada tahun 2008 cendrung stabil sekitar 2.076 ton (Dinas Perikanan dan Kelautan Provinsi Riau, 2009). Daerah budidaya ikan jelawat (kelemak) hanya terdapat pada daerah Kabupaten Kampar. Pada tahun 2013, produksi budidaya ikan jelawat di Kabupaten Kampar berjumlah 1.794,19 ton (Dinas Perikanan dan Kelautan Kabupaten Kampar Provinsi Riau, 2013).
Peningkatan produksi ikan jelawat yang begitu pesat tentunya akan menimbulkan peningkatan limbah sisik ikan jelawat. Limbah sisik ikan jelawat belum pernah dimanfaatkan oleh masyarakat dan dibiarkan begitu saja sampai menumpuk di tempat pembuangan. Akibatnya, limbah ini menimbulkan masalah lingkungan seperti bau yang tidak sedap, oleh karena itu diperlukan kajian mengenai pemanfaatan limbah sisik ikan jelawat dalam mengurangi volume limbah sisik ikan jelawat.
Sisik ikan dapat dimanfaatkan sebagai salah satu adsorben dalam menjerap logam berat. Komponen organik yang terbanyak pada sisik ikan ialah kolagen (Nagai dkk, 2004). Selain itu, sisik ikan juga mengandung kitin dan kitosan. Gugus-gugus aktif pada kitin, kitosan, dan kolagen dapat menarik dan mengikat logam berat (Ahalya dkk, 2003). Gugus-gugus itu diantaranya adalah karboksil (OH), amina (NH2) dan karbonil
(CO). Pada umumnya komponen-komponen ini ada pada semua jenis sisik ikan (Mustafiz dkk, 2003).
Logam timbal (Pb) merupakan logam yang bersifat sangat toksik dan tergolong sebagai bahan buangan beracun. Logam ini biasanya terdapat pada limbah perbengkelan, beterai, makanan dan minuman kaleng dan lain-lain. Banyaknya kandungan logam Pb yang terdapat di sekitar tempat tinggal dapat menimbulkan dampak negatif pada kesehatan manusia seperti pusing, muntah, kejang, kurangnya nafsu makan dan hambatan pertumbuhan kecerdasan otak, sehingga pengolahan dan penghilangan logam Pb dalam campuran limbah sangat diperlukan (Supriyanto dkk, 2007).
Salah satu metode yang efektif dalam mengurangi konsentrasi logam Pb dalam limbah ialah metode adsorpsi dengan menggunakan bahan-bahan biologis seperti sisik ikan sebagai adsorben. Penjerapan kation Pb(II) dengan menggunakan sisik ikan sebagai adsorben sudah pernah dilakukan sebelumnya, seperti sisik ikan Labeo rohita, Genyonemus lineatus dan Cyprinus carpio
dengan kapasitas penjerapan maksimum 196,8 mg/g pada pH 3,5 (Nadeem dkk, 2008), 14,58 mg/g (Mojisola dkk, 2013) dan 56,8 mg/g pada pH 8 (Bajic dkk, 2013). Namun, penggunaan sisik ikan jelawat (Leptobarbus hoevani) sebagai adsorben belum pernah dilaporkan oleh peneliti sebelumnya. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk menentukan kemampuan sisik ikan jelawat dalam menjerap logam Pb dengan melakukan kajian kinetika. Penentuan laju penjerapan logam Pb(II) dari larutan berguna untuk
Repository FMIPA 3 mendesain proses adsorpsi dan mekanisme
adsorpsi.
METODE PENELITIAN
a. Penyiapan adsorben dan Adsorbat
Sampel sisik ikan jelawat (kelemek) diambil dari penjual ikan di Pasar Panam, Pekanbaru, Provinsi Riau. Sampel dibersihkan dan direndam dengan akuades selama 1 hari. Sampel dikeringkan di bawah sinar matahari dan kemudian dikeringkan kembali dalam oven pada suhu 105oC. Sampel yang telah kering dihaluskan dengan menggunakan grinder dan diayak dengan ayakan 100 dan 200 mesh lalu disimpan dalam desikator
b. Eksperimen Adsorpsi
Eksperimen adsorpsi dibuat secara tumpak di dalam sebuah waterbath shaker dengan suhu, waktu dan pengadukan yang terkontrol. Sebanyak 0,1 g sampel dimasukkan kedalam Erlenmeyer 50 mL dan ditambahkan 10 mL larutan adsorbat, kemudian dimasukkan ke dalam water
bath shaker. Campuran dipisahkan dengan centrifuse dan filtratnya dianalisis menggunakan Spektro-fotometer Serapan Atom (SSA). Variabel yang diamati: konsentrasi (t= 3 jam pada co= 36,721
mg/L, T= 30oC, r= 120 rpm) dan waktu pengadukan adsorben-adsorbat (t= 0-3 jam pada co= 36,721 mg/L, T= 30oC, r= 120
rpm).
c. Analisis dan Evaluasi Data
Konsentrasi adsorbat dalam filtrat diukur dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (AA-7000) pada λ=283,3 nm. Jumlah adsorbat pada kesetimbangan, qe dihitung menurut:
qe =
(1)
Kinetika adsorpsi merupakan salah satu karakteristik penting untuk mendefinisikan efisiensi dari proses adsorpsi. Pada literatur sebelumnya, model kinetika pseudo telah terbukti untuk mendeskripsikan kinetika sorpsi pada sistem liquid-solid. Hal ini dikarenakan, jumlah salah satu variabel dari suatu reaktan tidak dipengaruhi dengan variabel lainnya, sehingga jumlah variabel ini hampir tetap sama dan dianggap konstan, dalam hal ini adsorbent merupakan variabel yang konstan. Pada penelitian ini, model-model kinetika yang dipilih untuk kajian sistem adsorpsi kation Pb(II) pada sisik ikan jelawat order pertama pseudo dan order kedua pseudo.
Persamaan kinetika pseudo orde-satu oleh Lagergen dinyatakan sebagai berikut:
ln(q
e - qt) = ln qe - k.t (2)
dengan q
e dan qt adalah jumlah adsorbat
yang terjerap pada waktu kesetimbangan dan waktu t (mgg-1), k
1tetapan laju
order-pertama pseudo (min-1) proses adsorpsi. Nilai q
e dan k1 didapat dari plot ln (qe – qt)
versus t, dengan k
1 slope dan qe intercept
(Crini dkk, 2007).
Sedangkan persamaan kinetika
untuk mekanisme orde kedua pseudo dinyatakan dengan persamaan:
(3) Parameter q e (mgg -1 ) dan k 2 (mgg -1
min-1) dihitung dari plot t/q
t versus t,
dengan h= k
2qe 2
(mgg-1min-1) adalah laju serapan awal pada t → 0 (Crini dkk, 2007).
Repository FMIPA 4
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pengaruh waktu pengadukan
Penentuan waktu pengadukan optimum adsorpsi dilakukan pada konsentrasi awal adsorbat (Co) 36,721
mg/L dengan kecepatan pengadukan 120 rpm dan variasi waktu 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120 dan 180 menit. Kemampuan daya jerap sisik ikan pada suhu 30oC ialah 3,6681 mg/g dengan persentase penjerapan sebesar 99,89% pada waktu pengadukan optimum 120 menit. Pada penelitian Nadeem dkk (2008) mendapatkan waktu pengadukan optimum pada 120 menit dengan persentase penjerapan 90% untuk sistem adsorpsi Pb(II) dengan sisik ikan
Labeo rohita, sedangkan Bajic dkk (2013)
melaporkan bahwa sistem adsorpsi Pb(II) dengan sisik ikan Cyprinus carpio memerlukan waktu pengadukan optimum selama 45 menit. Hal ini menunjukkan kemampuan daya jerap sisik ikan memiliki waktu pengadukan optimum yang berbeda. Pada proses adsorpsi, waktu pengadukan merupakan faktor yang sangat penting, karena selama waktu pengadukan terjadi interaksi fisika atau kimia antara adsorben dan adsorbat. Proses adsorpsi pada masing-masing sampel sisik ikan mengalami peningkatan penjerapan pada waktu pengadukan 5 sampai 30 menit. Peningkatan penjerapan pada awal adsorpsi disebabkan karena permukaan sisik ikan masih kosong, sehingga kation Pb(II) lebih banyak terjerap di permukaan. Adsorpsi kation Pb(II) setelah waktu pengadukan optimum ternyata tidak seefisien waktu sebelumnya. Penurunan penjerapan pada proses adsorpsi terjadi setelah waktu pengadukan optimum, karena bertambahnya waktu maka
semakin banyak kation terhidrat dengan jari-jari yang lebih besar dari pada jari-jari ion logamnya sehingga menghalangi proses adsorpsi (Peric dkk, 2004). Hal tersebut juga terdapat pada penelitian Nadeem dkk (2008) yang menyimpulkan penjerapan adsorpsi mengalami penurunan karena permukaan adsorben telah jenuh sehingga kondisi tersebut membuat ion logam yang terikat menjadi lepas kembali.
Gambar 1. Profil daya jerap sisik ikan berdasarkan pengaruh waktu pengadukan pada suhu 30oC
b. Model Kinetika Adsorpsi
Kinetika adsorpsi kation Pb(II) oleh sisik ikan jelawat dievaluasikan berdasarkan persamaan reaksi order-pertama pseudo dan order-dua pseudo (Persamaan 2 dan 3) pada waktu kontak 5 sampai 180 menit. Grafik order-pertama pseudo dari persamaan 2 ln (qe-qt) versus t
ditunjukkan pada Gambar 2. Koefisien korelasi R2 sangat kecil yaitu 0,4739. Pada model kinetika order-pertama, selisih nilai qe percobaan dengan qe perhitungan sangat
besar, sehingga % deviasinya sangan besar (Tabel 1 dan Tabel 2). Dengan demikian model kinetika Pseudo order-pertama
3 3,2 3,4 3,6 3,8 0 50 100 150 200 D a y a j er a p , qt (m g /g )
Repository FMIPA 5 tidak terpenuhi untuk sistem adsorpsi
kation Pb(II) pada sisik ikan.
Gambar 2. Kinetika adsorpsi order-pertama pseudo
Kinetika reaksi order-dua pseudo diperoleh dari plot t/qt versus t dengan
waktu kontak 5 sampai 180 menit seperti yang terlihat pada Gambar 3. Grafik dari plot t/qt versus t pada Gambar 3 cendrung
linear. Nilai koefisien korelatif R2 adalah 0,988. Dengan demikian laju adsorpsi Pb(II) pada sisik ikan lebih dominan mengikuti kinetika pseudo order-kedua.
Gambar 3. Kinetika adsorpsi order-kedua pseudo
Parameter penjerapan kation Pb(II) pada sisik ikan ditunjukkan pada Tabel 1. Nilai koefisien korelasi R2 pada model kinetika order-kedua pseudo mendekati nilai 1 pada masing-masing sampel. Pada Tabel 1, model kinetika order-kedua pseudo menunjukkan nilai qe percobaan
mendekati nilai qe perhitungan sehingga %
deviasinya cukup kecil. Fakta ini menunjukkan mekanisme adsorpsi Pb(II) terhadap sisik ikan mengikuti model kinetika pseudo-order kedua, artinya kation Pb(II) dan permukaan sisik ikan secara efektif terlibat di dalam proses. Dengan pemenuhan model ini, berarti adsorpsi kation Pb(II) pada sisik ikan berlangsung secara kemisorpsi. Hal yang sama juga ditunjukkan oleh adsorben sisik ikan Cyprinus carpio (Bajic dkk, 2013) dan alga Ulva lactuca (Sari dan Tuzen, 2008) yang mengadsorpsi kation Pb2+ dengan model kinetika yang sesuai adalah order-dua pseudo.
Tabel 1. Parameter penjerapan kation Pb(II) menggunakan sisik ikan jelawat berdasarkan model kinetika orde-satu dan orde-dua pseudo.
Tabel 2. Nilai qe hit dan qe perc untuk
model kinetika order- pertama dan order- kedua pseudo -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 100 200 ln (q e -qt ) waktu , t (menit) 0 20 40 60 80 0 100 200 t/ qt waktu , t (menit) orode-satu pseudo qe(mg/g) R2 K1(1/min) Persamaan 30oC 0.1493 0.473 9 -0.0082 y = 0.0082x -1.9018 orode-dua pseudo qe(mg/g) R 2 K2(g/ mg min) Persamaan 30oC 3.1695 0.988 -0.084 y = 0.3155x -1.1847 30oC Order-satu pseudo qehit qeperc (qeperc-qehit) % deviasi 0,1439 3,6681 3,5242 95,92 Order-dua pseudo qehit qeperc (qeperc-qehit) % deviasi 3,1695 3,6681 0,4986 13,5
Repository FMIPA 6
KESIMPULAN
Sisik ikan jelawat mempunyai waktu pengadukan optimum pada 120 menit. Kinetika adsorpsi terhadap sisik ikan jelawat yang paling sesuai adalah kinetika orde-kedua pseudo dengan nilai R2 sebesar 0,988 dengan daya jerap sebesar 3,6681 mgg-1.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pembimbing penelitian Ibu Dr. Nurhayati, M.Sc dan Bapak Prof. Dr. H Amir Awaluddin, M.Sc beserta seluruh pihak yang telah mambantu sehingga penelitian ini dapat diselesaikan.
DAFTAR PUSTAKA
Ahalya, N., Ramachandra, T.V., Kanamadi, RD. 2003. Biosorption of Heavy Metal. Journal of Chemical and Environment 7(4): 71-79.
Bajic, J.Z., Djokic, V.R., Velickovic, Z.S., and Vuruna, M.M. 2013. Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Studies on Removal of Cd(II), Pb(II) and As(II) from Wastewater Using Carp (Cyprinus Carpio) Scales.
Journal of Nanomaterials and Biostructures 8(4):1581-1590.
Crini, G., Peindy, H.N., Gimbert, F., and Robert, C. 2007. Removal of C.I Basic Green 4 (Malachite Green) from Aqueous Solutions by Adsorption using Cyclodextrin-based Adsorbent. Kinetic and
Equilibrium Studies, Separation
and Purification Technology 53:
97-110.
Dinas Perikanan dan Kelautan Provinsi Riau. 2009. Informasi Dinas Perikanan dan Kelautan Provinsi Riau. Pekanbaru
Dinas Perikanan dan Kelautan Kabupaten Kampar Provinsi Riau. 2013.
Informasi Dinas Perikanan dan
Kelautan Provinsi Riau.
Bangkinang.
Direktorat Jenderal Perikanan. 2011.
Teknik Budidaya Ikan Jelawat.
Departemen Kelautan dan Perikanan, Jakarta.
Nadeem, R, Ansari, T.M, and Khalid, M.A. 2008. Fourier Transform Infrared Spectroscopic Characterization and Optimization of Pb(II) Biosorption by Fish (Labeo rohita) Scales. Journal
Hazardous Material 156: 64-73.
Nagai T, Izumi M, Ishii M. 2004. Preparation and partial characterization of fish scale collagen. International Journal of
Food Science and Technology 39:
239-244.
Mojisila, O.N., Ideogun, A.I, Babarinde, N.A.A and Sharaibi, O.J. 2013. Ishotermal, Kinetics and Thermodynamics Studies of the Biosorption of Pb(II) Ion from Aqueous Solution Using Scale of Croaker Fish (Genyonemus
lineatus). Journal of Water Reuse and Desalination 03, 239-248.
Repository FMIPA 7 Peric, J., Trgo, M., and Medvidovic, N.V.
2004. Removal of Zinc,Copper and Lead by Natural Zeolite – a Comparison of Adsorption Isotherms. Water Reseach, 38: 1893-1899.
Supriyanto, C., Samin dan Kamal, Z. 2007. Analisis Cemaran Logam Berat Pb, Cu dan Cd pada Ikan Air Tawar dengan Metode
Spektrometri Nyala Serapan Atom (SSA). Seminar Nasional III SDM
Teknologi Nuklir. Sekolah Tinggi
Teknologi Nuklir – BATAN, Yogyakarta.
Sari, A and Tuzen, M. 2008. Biosorption of Pb(II) and Cd(II) from Aqueous Solution Using Green Alga (Ulva
lactuca) biomass. Journal of Hazardous Materials 152:
