1
ARANG BUAH JABON PUTIH (Anthocephalus cadamba Miq.) UNTUK PENJERAPAN ION TIMBAL(II)
Mufidah Salsabila1, T. Abu Hanifah2
1Mahasiswa Program S1 Kimia
2Dosen Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia
*[email protected] ABSTRACT
This study aims to analyze the adsorption ability of white jabon fruit (Anthocephalus cadamba Miq.) on lead ions and the regeneration ability of white jabon fruit carbon and determine the isotherm model and adsorption kinetics. White jabon fruit carbon is made by carbonization at 300˚C for 30 minutes. The carbon will reach equilibrium so it is regenerated with 1 M HCl to restore the adsorption ability of the carbon. The yield of carbon was 65.5262%. The surface area of the carbon is 90.4858 m2/g. Carbon characterization results based on SNI No. 06-3730-1995 obtained a water content of 2.23%; ash content 4.30%; adsorption capacity of iodine 1007.1256 mg/g and adsorption capacity of methylene blue 24.4077 mg/g. Optimum conditions were obtained at pH 6, contact time 40 minutes and adsorbate concentration of 40 mg/L with adsorption efficiency of 99.41% and adsorption capacity of 1.6300 mg/g. The percentage of regeneration reached 89.71%. The pH of pzc obtained in this study was at a pH of around 5 which indicates that charcoal is negatively charged at an optimum pH of 6.. The FTIR results showed the functional groups N-H, C-H aliphatic, C-H aromatic, C=O, C-O-C and O-Pb. The SEM-EDS results showed differences in the surface of the carbon before adsorption, after adsorption and after regeneration with the contents of the carbon elements C, N, O, Na, Cl, K and Pb. The BET results showed that the largest surface area was obtained by carbon before adsorption, namely 0.2885 m2/g. The adsorption isotherm model follows the Langmuir isotherm with the equation y = 0.0665x + 0.1582 and the determination value R2 = 0.9061 which indicates that the adsorption on the surface is homogeneous and has a single layer or monolayer. The adsorption kinetics follows a pseudo-second order with the equation y = 0.2321x – 0.0634 and R2 = 0.9998 which indicates chemisorption.
Keywords: carbon, adsorption, regeneration ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kemampuan adsorpsi buah jabon putih (Anthocephalus cadamba Miq.) terhadap ion timbal serta kemampuan regenerasi arang buah jabon putih dan menentukan model isoterm dan kinetika adsorpsi. Pembuatan arang
2 buah jabon putih dilakukan dengan karbonisasi pada suhu 300˚C selama 30 menit. Arang akan mencapai kesetimbangan sehingga dilakukan regenerasi dengan HCl 1 M untuk mengembalikan kemampuan adsorpsi arang. Rendemen arang didapatkan 65,5262%.
Luas permukaan arang 90,4858 m2/g. Hasil karakterisasi arang berdasarkan SNI No. 06- 3730-1995 diperoleh kadar air sebesar 2,23%; kadar abu 4,30%; daya jerap iodium 1007,1256 mg/g dan daya jerap metilen biru 24,4077 mg/g. Kondisi optimum diperoleh pada pH 6, waktu kontak 40 menit dan konsentrasi adsorbat 40 mg/L dengan efisiensi adsorpsi 99,41% dan kapasitas adsorpsi 1,6300 mg/g. Persentase regenerasi mencapai 89,71%. pH pzc yang diperoleh pada penelitian ini adalah pada pH sekitar 5 yang menandakan arang bermuatan negatif pada pH optimum yaitu 6. Hasil FTIR menunjukkan gugus fungsi N-H, C-H alifatik, C-H aromatic, C=O, C-O-C dan O-Pb.
Hasil SEM-EDS menunjukkan perbedaan permukaan pada arang sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi dengan kandungan unsur arang C, N, O, Na, Cl, K dan Pb. Hasil BET menunjukkan luas permukaan terbesar diperoleh arang sebelum adsorpsi yaitu 0,2885 m2/g. Model isoterm adsorpsi mengikuti isoterm Langmuir dengan persamaan y = 0,0665x + 0,1582 dan nilai determinasi R2 = 0,9061 yang menandakan adsorpsi pada permukaan bersifat homogen dan berlapis tunggal atau monoloyer.
Kinetika adsorpsi mengikuti pseudo orde dua dengan persamaan y = 0,2321x – 0,0634 dan R2 = 0,9998 yang menandakan mekanisme adsorpsi terjadi secara kimia.
Kata kunci: arang, adsorpsi, regenerasi
PENDAHULUAN
Jabon putih (Anthocephalus cadamba Miq.) merupakan jenis tanaman loka yang berpotensi untuk dikembangkan dalam pembangunan hutan tanaman, penghijauan, reklamasi lahan bekas tambang, dan pohon peneduh (Mansur & Tuhateru, 2010).
Menurut Mulyana et al., (2011), kandungan kimia dalam pohon jabon terdiri dari selulosa (52,4%), lignin (25,4%) dan silika (0,1%). Kandungan selulosa yang dimiliki jabon membuat buah jabon berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan arang yang digunakan sebagai adsorben dalam proses adsorpsi.
Buah jabon putih berpotensi untuk dijadikan arang sebagai adsorben dalam
penjerapan logam berat. Hal ini dibuktikan oleh penelitian yang telah dilakukan oleh Oktarezi (2019), adsorpsi logam timbal dengan arang buah jabon putih dan diperoleh efisiensi adsorpsi 96,66%.
Logam berat cenderung tidak terdegradasi namun dapat terakumulasi dalam tubuh hewan dan manusia (Wardalia, 2016). Timbal (Pb) merupakan salah satu jenis logam berat non esensial yang memiliki toksisitas tinggi. Sumber utama Pb yang mencemari lingkungan berasal dari limbah industri baterai, industri bahan bakar dan pipa yang dilapisi dengan timbal (Maulidah, 2019). Berdasarkan Peraturan Pemerintah No. 22 Tahun 2021 kadar timbal memiliki nilai
3 ambang batas sebesar 0,008 mg/L. Maka
perlu dilakukan proses adsorpsi untuk mengurangi kadar logam timbal (II) menggunakan arang dengan proses adsorpsi.
Metode adsorpsi merupakan metode yang paling banyak digunakan karena biaya relatif rendah. Kemampuan adsorpsi disebabkan karena adanya pori- pori dalam material berpori yang memungkinkan molekul-molekul adsorbat untuk mengakses ke dalam pori adsorben dan berinteraksi dengan situs aktif material berpori (adsorben) dan teradsorp (terjerap) (Widi, 2018).
Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi diantaranya adalah pH, waktu kontak, konsentrasi adsorbat dan kecepatan pengadukan. Proses adsorpsi akan mencapai kesetimbang yang menandakan adsorben sudah jenuh dan tidak dapat menjerap adsorbat lagi.
Untuk dapat mengembalikan kapasitas adsorpsi dari adsorben maka perlu dilakukan proses regenerasi atau reaktivasi. Penelitian yang telah dilakukan oleh Suarni (2022), tentang regenerasi arang buah jabon putih dalam penjerapan logam Hg2+ menggunakan agen desorpsi HCl dengan variasi konsentrasi. Regenerabilitas arang diperoleh pada konsentrasi HCl 0,5 M dengan persentase regenerasi mencapai 74,77%.
Maka dari itu buah jabon putih yang menjadi limbah dimanfaatkan sebagai adsorben dalam adsorpsi logam timbal (II). Pada penelitian ini, proses adsorpsi dilakukan pada variasi pH, waktu kontak dan konsentrasi adsorbat
untuk mendapatkan nilai optimumUntuk dapat mengembalikan kemampuan adsorpsi arang, dilakukan regenerasi menggunakan HCl 1 M. Karakterisasi arang dilakukan menggunakan FTIR, SEM-EDS dan BET.
METODE PENELITIAN a. Alat dan Bahan
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah furnace (Vulcan A130 furnace), ayakan 100 dan 200 mesh (ASTM E 11 Cat. 60 150 000150), sentrifuse (Fisher Scientific Centrific Model 228), neraca analitik (Kern ABJ-NM/ABS-N), pH meter (Hanna), Spektrofotometer UV-Vis (Thermo Scientific Genesys 20), FTIR (IR Prestige Spectrophotometer Shimadzu), Scanning Electron Microscope (SEM) (Hitachi Flexsem 1000), Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) (Ametek Edax), Brunaeuer-Emmet-Teller (BET) (Tipe V-Sorb 4800 S), ICP-OES (ICPE-9000 Shimadzu) dan peralatan gelas lainnya.
Bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah buah jabon putih yang sudah matang, garam timbal nitrat (Pb(NO3)2), akua demineralized (akua DM), asam klorida (HCl) dan kertas saring Whatman No. 42.
b. Pembuatan arang buah jabon putih
Sampel buah jabon putih yang telah masak diambil dari kebun tanaman FMIPA Universitas Riau, Pekanbaru.
Sampel dicuci dengan air bersih kemudian dipotong dengan ukuran yang lebih kecil dan dibilas dengan akuades.
4 Sampel buah jabon dijemur di bawah
sinar matahari hingga kering.
Sampel buah jabon putih dilakukan proses karbonisasi menggunakan furnace selama 30 menit (Wirhamna, 2019) dengan suhu 300˚C (Herlin, 2019). Arang digerus menggunakan lumpang dan alu kemudian diayak menggunakan ayakan dengan ukuran lolos di 100 dan tertahan di 200 mesh.
Penentuan rendemen arang dihitung berdasarkan persamaan:
Rendemen (%) = 𝐵
𝐴𝑥100%
Keterangan:
A = Berat sampel sebelum karbonisasi (g)
B = Berat sampel setelah karbonisasi (g)
c. Penentuan pH pzc
Arang sebanyak 0,5 gram dimasukkan ke dalam larutan NaCl 0,1 M 50 mL dan pH awal diatur dengan variasi 2, 4, 6, 8, 10 dan 12. pH awal larutan diukur dan campuran diaduk dengan magnetic stirrer selama 24 jam.
pH akhir campuran diukur. pH pzc didapatkan melalui grafik dengan memplotkan pH awal sebagai sumbu x dan perubahan pH (pH) sebagai sumbu y. Melalui grafik kemudian diperoleh nilai koefisien determinasi (R2).
d. Adsorpsi arang terhadap ion timbal (II)
Sampel arang sebanyak 1 g dicampurkan dengan 50 mL larutan simulasi timbal 100 ppm dengan pH divariasikan (2, 4, 6, 8, 10 dan 12) (Kurnia, 2021). Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 40 menit (Frantika, 2020) dengan
kecepatan pengadukan 80 rpm (Pane, 2022) lalu didiamkan selama 24 jam.
Kemudian disaring menggunakan Whatman No. 42, filtrat hasil penyaringan dianalisis dengan menggunakan ICP-OES.
Sampel arang sebanyak 1 g dicampurkan dengan 50 mL larutan simulasi timbal 100 ppm dan pH optimum. Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan pengadukan 80 rpm dan waktu kontak yang divariasikan (20, 30, 40, 50, 60 dan 70 menit) (Daochalemrwong et al., 2020) lalu didiamkan selama 24 jam. Kemudian disaring menggunakan Whatman No. 42, filtrat hasil penyaringan dianalisis dengan menggunakan ICP-OES.
Sampel arang sebanyak 1 g dicampurkan dengan 50 mL larutan simulasi timbal dengan konsentrasi divariasikan (40, 60, 80, 100, 120 dan 140 ppm) (Daochalemrwong et al., 2020) dan dengan pH optimum.
Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan pengadukan 80 rpm dan waktu kontak optimum lalu didiamkan selama 24 jam.
Kemudian disaring menggunakan Whatman No. 42, filtrat hasil penyaringan dianalisis menggunakan ICP-OES.
e. Isoterm adsorpsi dan studi kinetika
1. Isoterm adsorpsi
Melalui nilai kapasitas adsorpsi pada variasi konsentrasi adsorbat, dapat ditentukan isoterm adsorpsi yang terdapat pada proses penjerapan arang
5 buah jabon terhadap ion logam Pb2+.
Isoterm adsorpsi yang umumnya digunakan yaitu isoterm Langmuir, Freundlich dan Temkin dapat dilihat pada persamaan:
Isoterm Langmuir = 1
Q =1
b+ 1
bK 1 Ce
Isoterm Freundlich = log Q = log k +1
nlog Ce Isoterm Temkin = qe = RT
bTln(ATCe) Isoterm Dubinin = ln qe = ln qs – ()2 Keterangan:
Ce = Konsentrasi setelah adsorpsi (mg/L)
Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g) b, K = Konstanta Langmuir
k, n = Konstanta Freundlich
AT, bT = Konstanta Temkin (L/mg) dan (J/mol)
qs = Kapasitas isotherm secara teori
= Kapasitas isotherm Dubinin- Radushkevich
= Potensial Polanyi (Nandiyanto et al., 2020).
2. Kinetika adsorpsi
Melalui proses adsorpsi logam timbal (II) oleh arang buah jabon putih pada interval waktu tertentu, kinetika adsoprsi dapat ditentukan melalui perbandingan kinetika pseudo orde 1 dan pseudo orde 2. Model kinetika pseudo orde 1 dan pseudo orde 2 dapat dilihat pada Persamaan:
(log qe – qt) = log qe – kt (pseudo orde satu)
t qt= 1
k2qe2+ t
qe (pseudo orde dua) Keterangan:
qe = Kapasitas adsorpsi saat setimbang (mg/g)
qt = Kapasitas adsorpsi saat waktu t (mg/g)
t = Waktu
k1, k2 = Konstanta laju pseudo orde satu, konstanta laju pseudo orde dua
f. Regenerasi arang
Sampel arang yang telah digunakan pada proses adsorpsi direndam dengan larutan HCl 1 M sebanyak 50 mL (Daochalermwong et al., 2020) untuk setiap 1 g adsorben dalam gelas Beaker dan diaduk dengan magnetic stirrer selama waktu kontak optimum dan kecepatan pengadukan 80 rpm (Pane, 2020). Sampel disaring, filtrat diukur konsentrasi logamnya dengan ICP-OES.
Endapan di kertas saring dicuci dengan air suling > 90˚C, kemudian adsorben diletakkan di atas cawan untuk dipanaskan dalam oven dengan suhu 100
± 5˚C selama 1 jam (Laura et al., 2014).
Regenerasi dilakukan sebanyak dua pengulangan. Regenerabilitas adsorben ditentukan berdasarkan Persamaan:
Regenerasi (%) = 𝑞𝑒𝑟
𝑞𝑒𝑜𝑥100%
Keterangan:
qer = Kapasitas resorpsi (mg/g) qeo = Kapasitas adsorpsi I (mg/g) g. Penentuan gugus fungsi dan
morfologi arang
Sampel arang sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi dianalisis menggunakan Fourier Transform Infra- Red (FTIR) untuk menentukan gugus fungsi, Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) untuk penentuan komposisi unsur mineral yang terkandung dan dilakukan analisis
6 menggunakan Brunaueur–Emmet–
Teller (BET) untuk menentukan luas permukaan, diameter dan volume pori.
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Pembuatan arang buah jabon putih
Buah jabon dibersihkan terlebih dahulu dengan air untuk mengurangi pengotor yang menempel pada bagian luar buah jabon putih seperti getah dan sisa tanah. Setelah dicuci bersih, buah jabon putih dipotong kecil-kecil untuk kemudian dijemur di bawah sinar matahari. Proses penjemuran dilakukan hingga potongan buah jabon putih menjadi kering yang bertujuan untuk menghilangkan kadar air pada buah jabon putih sehingga proses karbonisasi terjadi secara optimal.
Proses karbonisasi bertujuan untuk menguraikan senyawa-senyawa hidrokarbon seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin menjadi karbon.
Karbonisasi dilakukan pada suhu dan waktu tertentu dengan jumlah oksigen yang terbatas untuk mendekomposisi senyawa organik penyusun struktur bahan seperti metanol, uap asam asetat,
tar dan hidrokarbon. Arang buah jabon putih digerus menggunakan lumpang dan alu untuk selanjutnya diayak dengan ayakan lolos di 100 mesh dan tertahan di 200 mesh yang bertujuan untuk mendapatkan ukuran arang yang homogen dan ukuran partikel yang kecil.
Semakin banyak partikel arang maka luas permukaan arang semakin besar.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, didapatkan rendemen rata-rata yaitu sebesar 65,53%.
b. Karakterisasi arang buah jabon putih
Hasil karakterisasi berdasarkan SNI No. 06-3730-1995 dapat dilihat pada Tabel 1. Kadar air menunjukkan banyaknya air yang ada dalam suatu bahan. Penentuan kadar air arang bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis arang. Semakin rendah kadar air, menunjukkan semakin sedikit air yang tersisa dan menutupi pori-pori arang (Mudaim et al., 2021). Kadar air yang diperoleh dari arang buah jabon putih yaitu 2,23% yang menandakan arang buah jabon putih memenuhi SNI No.06-3730- 1995 dengan nilai kadar air yaitu ≤ 15%.
Tabel 1. Karakterisasi arang buah jabon putih Suhu
karbonisasi (˚C)
Kadar air (%)
Kadar abu (%)
Daya jerap iodium (mg/g)
Daya jerap metilen biru
(mg/g)
Luas permukaan
(m2/g)
300 2,23 4,30 1007,1256 24,4077 90,4858
Baku mutu ≤15 ≤10 ≥750 ≥120 -
Kadar abu diartikan sebagai sisa mineral yang tertinggal pada saat proses karbonisasi karena tidak dapat menguap yang mempengaruhi kualitas arang yang
dihasilkan (Mudaim et al., 2021).
Penentuan kadar abu bertujuan untuk menentukan kandungan oksida logam dalam arang. Semakin tinggi kadar abu
7 maka akan mempengaruhi daya adorpsi.
Kadar abu arang buah jabon putih pada penelitian ini yaitu sebesar 4,30% yang memenuhi baku mutu SNI No. 06-3730- 1995 dengan nilai kadar abu yaitu ≤ 10%. Hal ini sesuai dengan penelitian Pane (2022) tentang arang buah jabon putih yang menghasilkan kadar abu dengan suhu karbonisasi 300˚C sebesar 4,37%.
Daya jerap arang terhadap iodin adalah jumlah miligram iodin yang teradsorpsi oleh satu gram arang. Faktor luas permukaan mempengaruhi hasil daya jerap iodin pada arang karena semakin besar jaya jerap yang dihasilkan maka kemampuan adsorpsi arang semakin besar (Erawati & Fernando, 2018). Daya jerap iodium menunjukkan kemampuan arang yang memiliki ukuran molekul kecil dari 10 Å atau memberikan indikasi jumlah pori yang berdiameter 10–15 Å. Daya jerap iodium arang buah jabon putih pada penelitian ini yaitu 1007,13 mg/g yang memenuhi SNI No. 06-3730-1995 dengan nilai daya jerap iodin ≥ 750 mg/g.
Penentuan daya jerap metilen biru bertujuan untuk mengetahui luas permukaan arang serta kemampuannya dalam menjerap larutan berwarna dengan ukuran molekul 15 Å atau 1,5 nm. Pengujian daya jerap terhadap metilen biru dilakukan untuk menentukan kandungan makropori pada arang buah jabon putih. Pada penelitian ini, daya jerap arang buah jabon purih terhadap metilen biru diukur dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis dengan panjang gelombang 663,0 nm.
Daya jerap arang terhadap metilen biru diperoleh sebesar 24,4077 mg/g.
Hal ini tidak sesuai dengan baku mutu pada SNI No.06-3730-1995 dengan daya jerap metilen biru ≥ 120 mg/g. Arang buah jabon putih yang digunakan menjadi salah satu faktor yang menyebabkan daya jerap metilen biru tidak mencapai baku mutu. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh OktaRezi, (2019) tentang penjerapan logam timbal (II) menggunakan adsorben arang buah jabon putih. Daya jerap metilen biru oleh arang buah jabon putih non aktivasi yang diperoleh pada penelitian ini adalah sebesar 23,2188 mg/g.
c. Penentuan pH pzc
pH pzc yang diperoleh pada penelitian ini adalah pada pH sekitar 5.
Berdasarkan teori, jika pH optimum yang diperoleh berada dibawah pH pzc maka permukaan adsorben akan bermuatan positif (+). Jika pH optimum berada diatas pH pzc maka permukaan adsorben bermuatan negatif (-).
Gambar 1. Grafik pH pzc
Berdasarkan Gambar 1, pH optimum arang diperoleh pada pH 6 yang berada diatas pH pzc. Hal ini menandakan permukaan arang saat kondisi pH 6 bermuatan (-) yang
-0,06 -0,04 -0,02 0 0,02 0,04 0,06
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
pH
pH awal pH optimum
8 menyebabkan efisiensi adsorpsi pada pH
6 meningkat. Hal ini dibuktikan oleh hasil efisiensi adsorpsi pada pH 6 mencapai 98,70% dengan kapasitas adsorpsi 4,3532 mg/g.
d. Adsorpsi arang terhadap ion timbal (II)
1. Variasi pH
Adsorpsi logam timbal pada pH 6 menghasilkan efisiensi dan kapasitas adsorpsi tertinggi. Efisiensi adsorpsi yang diperoleh yaitu sebesar 98,70%
dengan kapasitas adsorpsi 4,3523 mg/g.
Pada pH rendah, penjerapan terhadap ion timbal rendah dikarenakan pada pH yang rendah permukaan adsorben dikelilingi oleh ion H+ karena gugus fungsi yang terdapat pada adsorben terprotonasi.
Pada kondisi asam permukaan adsorben bermuatan positif sehinga saling tolak dengan ion logam. Pada pH basa, ion-ion logam dapat membentuk endapan hidroksida (Nurhasni et al., 2014).
Gambar 2. Pengaruh pH terhadap efisiensi adsorpsi
Pada Gambar 2. diperoleh efisiensi adsorpsi rendah pada pH rendah.
Kemudian meningkat sampai pH optimum pada pH 6 dan kembali terjadi penurunan efisiensi adsorpsi. Menurut Daochlermwong et al., (2021) saat pH menurun maka logam harus bersaing dengan jumlah proton yang meningkat,
sedangkan pada pH diatas 7 adsorpsi tidak dapat terjadi karena terbentuk endapan hidroksida dari logam.
2. Variasi waktu kontak
Hasil optimasi waktu kontak pada Gambar 3. menunjukkan hubungan antara pengaruh waktu kontak terhadap efisiensi adsorpsi terlihat bahwa efisiensi meningkat dengan bertambahnya waktu kontak hingga mencapai waktu kontak optimum pada waktu 40 menit, kemudian kembali terjadi penurunan efisiensi adsorpsi.
Gambar 3. Pengaruh waktu kontak terhadap efisiensi adsorpsi Hal ini terjadi karena dengan bertambahnya waktu kontak, arang buah jabon akan menjadi jenuh sehingga penjerapan ion timbal berkurang. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Daochalermwong et al., (2021), saat adsorpsi mencapai optimum pada waktu kontak optimum, kapasitas adsorpsi mencapai kesetimbangan sehingga diperoleh kapasitas adsorpsi yang menurun dengan bertambahnya waktu kontak.
3. Variasi konsentrasi adsorbat Penurunan efisiensi penjerapan disebabkan karena pada konsentrasi yang lebih tinggi, jumlah ion logam dalam larutan tidak sebanding dengan jumlah adsorben yang digunakan dalam
0 1 2 3 4 5
0 20 40 60 80 100 120
0 5 10 15
Kapasitas (mg/g)
Efisiensi (%)
pH efisiensi
kapasitas
4,28 4,3 4,32 4,34 4,36 4,38
97 97,5 98 98,5 99 99,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80
kapasitas (mg/g)
efisiensi (%)
waktu kontak (menit) efisiensi kapasitas
9
(a) (b)
(c) (d)
proses adsorpsi sehingga adsorben akan mencapai titik jenuh dan efisiensi penjerapan menurun. (Nurhasni et al., 2014).
Gambar 4. Pengaruh konsentrasi adsorbat terhadap efisiensi adsorpsi Hasil pada Gambar 4. didapatkan bahwa efisiensi tertinggi berada saat konsentrasi adsorbat 40 mg/L. Kondisi ini menunjukkan kondisi terbaik dari arang buah jabon putih dalam penjerapan logam timbal (II). Efisiensi adsorpsi menurun dengan bertambahnya konsentrasi adsorbat. Efisiensi yang diperoleh pada konsentrasi adsorbat 40
mg/L sebesar 99,55% dengan nilai kapasitas adsorpsi 1,6323 mg/g.
e. Isoterm adsorpsi dan studi kinetika
1. Isoterm adsorpsi
Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme adsorpsi. Diketahui bahwa terdapat tiga jenis persamaan pola isoterm adsorpsi yang umumnya digunakan pada proses adsorpsi dalam larutan, yaitu persamaan adsorpsi Langmuir, Freundlich dan Temkin (Wijayanti et al., 2018). Pengujian persamaan adsorpsi Langmuir, Freundlich dan Temkin dibuktikan dengan grafik linierisasi yang baik dan mempunyai harga koefisien determinasi R2 ≥ 0,9 atau mendekati 1 (Wijayanti et al., 2018). Hasil isoterm adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir (a), Freundlich (b), Temkin (c) dan Dubinin (d)
y = 0,4277x + 0,6337 R² = 0,6662
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
-1 -0,5 0 0,5
log Q
log Ce
y = 1,3087x + 4,5098 R² = 0,5118
0 1 2 3 4 5 6 7
-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1
Q
ln Ce
y = 0,0665x + 0,1582 R² = 0,9061
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0 2 4 6 8
1/Q
1/Ce
y = -4E-05x + 1,6504 R² = 0,7827
0 0,5 1 1,5 2
0 10000 20000 30000
ln Qe
2 (x1000) 0
2 4 6 8
96 97 98 99 100
0 50 100 150
Kapasitas (mg/g)
Efisiensi (%)
Konsentrasi (mg/L) efisiensi kapasitas
10
(a) (b)
Berdasarkan hasil pada Gambar 5.
maka jenis adsorpsi arang buah jabon putih terhadap ion timbal (II) mengikuti persamaan isoterm Langmuir dengan R2
= 0,9061. Isoterm adsorpsi Langmuir menandakan proses adsorpsi yang terjadi melibatkan energi permukaan yang bersifat homogen sehingga logam yang terikat pada permukaan adsorben berlapis tunggal atau monolayer (Zamzamie, 2020).
2. Kinetika adsorpsi
Kinetika adsorpsi menggambarkan laju adsorpsi arang buah jabon terhadap logam timbal (II) pada perubahan waktu kontak suatu reaksi. Kinetika adsorpsi mendefinisikan efisiensi dari proses adsorpsi yang terjadi.
Gambar 6. Kurva kinetika adsorpsi pseudo orde satu (a) dan pseudo orde dua (b) Kurva pseudo orde dua pada Gambar 6 (a). menunjukkan nilai R2 mendekati 1 yaitu 0,9998. Kinetika adsorpsi pseudo orde dua mendefinisikan berbagai pengikatan ion logam pada adsorben dan peranan yang dominan dalam mekanisme adsorpsinya secara kimia (Zamzamie, 2020).
f. Adsorpsi dan regenerasi arang buah jabon putih
Adsorpsi dilakukan pada pH 6, waktu kontak 40 menit dan konsentrasi adsorbat 40 mg/L. Pada adsorpsi pertama diperoleh efisiensi adsorpsi 99,41%
dengan kapasitas adsorpsi 1,6300 mg/g.
Kemudian arang yang digunakan pada adsorpsi pertama dilakukan desorpsi menggunakan agen desorpsi HCl 1 M agar arang dapat digunakan kembali pada proses resorpsi. Pada resorpsi diperoleh efisiensi adsorpsi 77,74%
dengan kapasitas adsorpsi 1,4623 mg/g.
Terjadi penurunan efisiensi adsorpsi karena logam yang sebelumnya menempel pada arang tidak sepenuhnya lepas. Hal ini dapat dilihat pada hasil analisis BET dengan kandungan Pb pada arang setelah regenerasi sebesar 0,24%.
Regenerasi pada penelitian ini dilakukan dengan metode acid regeneration, dimana asam yang dignakan adalah HCl 1 M. HCl bekerja dengan melarutkan mineral-mineral anorganik pada adsorben, sehingga dapat mengaktifkan kembali gugus fungsi yang dimiliki oleh adsorben (Rakhmania et al., 2017). Persentase regenerasi arang buah jabon putih mencapai 89,71%, yang menandakan arang buah jabon putih berpotensi untuk diregenerasi.
Persentase regenerasi arang buah jabon putih diperoleh dari hasil kapasitas adsorpsi kedua dibagi dengan kapasitas adsorpsi pertama.
g. Penentuan gugus fungsi arang buah jabon putih
Arang buah jabon yang dianalisis gugus fungsinya adalah arang sebelum
y = -0,0005x - 1,1376 R² = 0,0002
-2 -1,5 -1 -0,5 0
0 50 100
log(qe-qt)
t (menit)
y = 0,2321x - 0,0634 R² = 0,9998
0 5 10 15 20
0 50 100
t/qt
t (menit)
11
(a) (b)
(c)
adsorpsi, arang yang digunakan setelah adsorpsi pada kondisi optimum dan setelah dilakukan regenerasi. Pada Gambar 7. gugus fungsi C-H aromatik muncul pada ketiga sampel arang dan hanya terjadi pergeseran bilangan gelombang. Arang sebelum adsorpsi muncul pada bilangan gelombang 2924,09 cm-1, pada arang setelah adsorpsi muncul pada bilangan gelombang 2924,09 cm-1, dan pada arang setelah regenerasi muncul pada bilangan gelombang 2926,01 cm-1.
Gambar 7. Spektrum FTIR arang buah jabon putih
Gugus O-H muncul pada bilangan gelombang 3205,19 cm-1. Gugus fungsi C-H alifatik muncul pada ketiga sampel arang dan hanya terjadi pergeseran bilangan gelombang. Pada arang sebelum adsorpsi muncul pada bilangan gelombang 2854,65 cm-1, pada arang setelah adsorpsi muncul pada bilangan gelombang 2852,72 cm-1, dan pada arang setelah regenerasi pada bilangan gelombang 2854,65 cm-1. Selain itu terdapat gugus C-C aromatic, C-OC dan O-Pb. Gugus O-Pb muncul pada arang setelah adsorpsi dan setelah regenerasi pada bilangan gelombang 669,33 cm-1. h. Analisis morfologi arang buah
jabon putih
Hasil analisis morfologi arang buah jabon putih menggunakan SEM-EDS.
Morfologi arang sebelum adsorpsi dianalisa dengan perbesaran 2000x,
arang setelah adsorpsi dengan perbesaran 5000x dan arang setelah regenerasi dengan perbesaran 5000x.
Gambar 8. Hasil analisis SEM arang buah jabon putih sebelum adsorpsi (a), setelah adsorpsi (b) dan setelah regenerasi (c)
Pada Gambar 8. (a) merupakan gambar arang sebelum adsorpsi yang pori atau permukaannya masih terbuka dan belum tertutup oleh adsorbat. Pori- pori yang terdapat pada arang menunjukkan gugus aktif pada arang yang akan mengikat logam. Gambar 8 (b) merupakan gambar arang setelah adsorpsi logam timbal (II). Dapat dilihat bahwa pori-pori arang berkurang, hal ini dikarenakan pori-pori arang mengikat logam timbal (II) sehingga pori-pori tertutup dan berkurang. Permukaan arang terlihat lebih halus. Gambar 8 (c) merupakan gambar arang setelah dilakukan regenerasi dengan HCl 1 M.
Pori-pori arang kembali terlihat, yang menandakan bahwa logam timbal (II) yang sebelumnya terikat pada pori arang telah lepas. Hal ini menunjukkan bahwa arang dapat digunakan kembali pada
12 proses adsorpsi karena pori yang terbuka
kembali.
Tabel 2. Kandungan unsur arang buah jabon putih
Arang buah jabon putih Analisa unsur (wt%)
C N O Na Pb Cl K
Sebelum adsorpsi 40,28 5,61 40,69 0,51 - 0,30 5,01 Setelah adsorpsi 33,39 8,62 38,42 0,59 0,28 0,12 3,12 Setelah regenerasi 37,26 7,85 42,49 0,76 0,24 0,08 1,45
Unsur-unsur yang terkadung dalam ketiga arang tidak jauh berbeda dapat dilihat pada Tabel 2. Terdapat unsur C, N, O, Na, Cl, K dan Pb. Unsur C menunjukkan banyaknya karbon pada arang sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi yaitu 4,28%, 33,39% dan 37,26%. Unsur O pada arang sebelum adsorpsi, setelah adsorpsi dan setelah regenerasi yaitu 40,69%;
38,42% dan 42,49%. Unsur N pada arang sebelum adsorpsi yaitu 5,61%;
pada arang setelah adsorpsi mengalami peningkatan menjadi 8,62% dan setelah regenerasi mengalami penurunan menjadi 7,85%. Kandungan C, O dan N menunjukkan arang buah jabon putih yang mengandung selulosa.
i. Analisis luas permukaan arang buah jabon putih
Tabel 3. Hasil analisis BET Arang buah jabon
putih
Luas permukaan
(m2/g) Volume pori (cc/g) Jari-jari pori (nm)
Sebelum adsorpsi 0,288848 0,000193017 1,98044
Setelah adsorpsi 0 0,00104481 1,61761
Setelah regenerasi 0,0280422 0,000283082 1,97093 Penentuan luas permukaan arang
buah jabon dianalisis menggunakan alat Surface Area Analyzer (SAA) dengan metode BET. Pada Tabel 3. hasil yang didapatkan dari analisis luas permukaan dengan metode BET ini diantaranya adalah luas permukaan, volume pori, dan total volume pori. Semakin besar luas permukaan maka akan berpengaruh pada proses penjerapan logam timbal (II) oleh arang buah jabon putih. Hasil analisis luas permukaan arang buah jabon putih dengan BET menunjukkan luas permukaan arang buah jabon putih
sebelum adsorpsi lebih besar dibandingkan arang buah jabon putih setelah adsorpsi dan setelah regenerasi.
Luas permukaan arang buah jabon sebelum adsorpsi yaitu 0,2885 m2 /g.
Untuk arang buah jabon putih setelah adsorpsi dan setelah regenerasi yaitu 0 dan 0,0280 m2 /g.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan kadar air, kadar abu, daya jerap iodium dan daya jerap metilen biru arang buah jabon putih yaitu 2,23%;
13 4,30%; 1007,1256 mg/g dan 24,4077
mg/g. Kondisi optimum pada pH 6, waktu kontak 40 menit dan konsentrasi adsorbat 40 mg/L dengan efisiensi adsorpsi 99,41% dan kapasitas adsorpsi 1,6300 mg/g. Regenerasi dilakukan menggunakan HCl 1 M dengan persentase regenerasi mencapai 89,71%.
Model isoterm adsorpsi mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir dengan nilai R2 = 0,9061. Model kinetika adsorpsi mengikuti pseudo orde dua dengan nilai R2 = 0,09998. Model isoterm Langmuir menandakan proses adsorpsi yang terjadi melibatkan energi permukaan yang bersifat homogen sehingga logam yang terikat pada permukaan adsorben berlapis tunggal atau monolayer.
Kinetika adsorpsi pseudo orde dua mendefinisikan berbagai pengikatan ion logam pada adsorben dan peranan yang dominan dalam mekanisme adsorpsinya secara kimia.
DAFTAR PUSTAKA
Daochalermwong, A., Chanka, N., Songsrirote, K., Dittanet, P., Niamnuy, C., Seubsai, A.
2020. Removal of heavy metal ions using modified celluloses prepared from pineapple leaf fiber. ACS Omega. 5: 5285 – 5296.
Erawati, E., Fernando, A. 2018.
Pengaruh jenis activator dan ukuran karbon aktif terhadap pembuatan adsorben dari serbuk gergaji kayu sengon (Paraserianthes falcataria).
Jurnal Integrasi Proses. 7 (2):
58 – 66.
Frantika, G. Y. 2021. Karakterisasi dan penentuan waktu kontak optimum arang aktif buah jabon putih (Anthocephalus cadamba) dalam adsorpsi ion merkuri (II). Skripsi.
Pekanbaru: Universitas Riau.
Herlin, J. M. 2019. Karakterisasi suhu optimum karbonisasi buah jabon putih (Anthocephalus cadamba) dan daya jerap arang teraktivasi NaOH terhadap Cd2+. Skripsi. Pekanbaru:
Universitas Riau.
Kurnia, R. U. 2021. Efisiensi adsorpsi pada pH optimum penjerapan ion merkuri oleh arang aktif
buah jabon putih
(Anthocephalus cadamba) teraktivasi NaOH. Skripsi.
Pekanbaru: Universitas Riau.
Laura, P. D., Moersidik, S.S., Priadi, C. R. 2014. Adsorpsi dan regenerasi karbon aktif dalam pengolahan air limbah industry farmasi terhadap penurunan kadar chemical oxygen demand (Studi Kasus: Penggunaan Tempurung Kelapa dan Batu Bara sebagai Adsorben dalam Pengolahan Air Limbah PT.
Kimia Farma Plant Jakarta).
Jurnal Fakultas Teknik Universitas Indonesia. 1 – 20.
Mansur, I., Tuhateru, F. D. 2010. Kayu Jabon. Bogor: Penebar Swadaya.
14 Maulidah, N. 2019. Penentuan kadar
logam besi (Fe), timbal (Pb) dan natrium (Na) pada air sumur dengan menggunakan metode inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Skripsi. Medan:
Universitas Sumatera Utara.
Mulyana, D., Asmarahman, C., Fahmi, I. 2011. Panduan Lengkap Bisnis & Bertanam Jabon. Jakarta: PT. AgroMedia Pustaka.
Mudaim, S., Hidayat., S., Risdiana.
2021. Analisis proksimat karbon kulit kemiri (Aleurites moluccana) dengan variasi suhu karbonisasi. Jurnal Ilmu dan Inovasi Fisika. 5 (2): 157 – 163.
Nandiyanto, A. B. D., Girsang, G. C.
S., Maryanti, R., Ragadhita, R., Anggraeni, S., Fauzi, F.
M., Sakinah, P., Astuti, A. P., Usdiyana, D., Fiandini, M., Dewi, M. W., Al-Obaidi, A. S.
M. 2020. Isotherm adsorption characteristics of carbon microparticle prepared from pineapple peel waste.
Communication in Science and Technology. 5 (1): 31-39.
Nurhasni., Hendrawati., Saniyyah, N.
2014. Sekam padi untuk menyerap ion logam tembaga dan timbal dalam air limbah.
Valensi. 4 (1): 130 – 138.
OktaRezi, F. 2019. Optimasi konsentrasi aktivasi 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.
Rakhmania, C. D., Khaeronnisa I., Ismuyanto, B., Juliananda., Himma, N. F. 2017. Adsorpsi ion kalsium menggunakan biomassa eceng gondok (Eichhornia crassipes) diregenerasi HCl. Jurnal Rekayasa Bahan Alam dan Energi Berkelanjutan. 1 (1): 16 – 24.
Suarni, N. 2022. Regenerasi arang aktif
buah jabon putih
(Anthocephalus cadamba Miq.) pada penjerapan ion merkuri (II) menggunakan larutan pendesorpsi HCl. Skripsi.
Pekanbaru: Universitas Riau.
Wardalia. 2016. Karakterisasi pembuatan adsorben dari sekam padi sebagai pengadsorp logam timbal pada limbah cair. Jurnal Integrasi Proses. 6 (2): 83 -88.
Widi, R. K. 2018. Pemanfaatan material anorganik:
pengenalan dan beberapa inovasi di bidang penelitian.
Yogyakarta: Deepublish.
Wijayanti, A., Susatyo, E. B., Kurniawan, C., Sukarjo.
15 2018. Adsorpsi logam Cr (VI)
dan Cu (II) pada tanah dan pengaruh penambahan pupuk organik. Indonesian Journal of Chemical Science. 7 (3): 242 – 248.
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.
Zamzamie, M. S. 2020. Adsorben logam timbal (Pb) dengan menggunakan karbon aktif dari arang bamboo termodifikasi oksida besi dan surfaktan sodium dodecyl sulfate (SDS).
Skripsi. Yogyakarta:
Universitas Islam Indonesia
