RSS

PENELITIAN KESETIMBANGAN, KINETIKA & TERMODINAMIKA

20 Jun

PENELITIAN KESETIMBANGAN, KINETIKA DAN TERMODINAMIKA: ADSORPSI REMAZOL BLACK 5 (RB5) DENGAN PALM KERNEL SHELL ACTIVATED CARBON (PKS-AC)

BAB 1

PENDAHULUAN

 A.    Latar Belakang

Lebih dari 100.000 macam pewarna yang diperdagangkan dan lebih dari 7×105 ton digunakan setiap tahunnya. Pewarna banyak digunakan pada bidang industri. Total pewarna yang digunakan oleh industri tekstil lebih dari 107 kg/tahun dan diperkirakan 90% dihasilkan pabrik (Hameed, et al., 2007). Konsekuensinya, ± 106 kg/tahun pewarna dibuang oleh industri tekstil dan mencemari sungai. Pewarna industri yang dibuang merupakan salah satu masalah pencemaran air yang mengancam kandungan BOD air, suspensi padatan dalam senyawa pewarna juga beracun. Adapun ambang batas pewarna dalam air adalah 0,005 mg/L dan jika melampaui ambang batas yang diizinkan akan merusak keindahan alam (Pierce, 1994) dan juga mungkin dapat meracuni lingkungan akuatik.

Komposisi dan tipe pewarna tekstil yang  mencemari air sangat kompleks. Bahan pewarna yang mencemari sungai ini terdiri dari bahan xylene, fenol, buffer, pemutih dan penggosok alat, cairan pelembut, surfaktan, senyawa kaustik, dan asam (James dan Cynthia, 1985). Pewarna yang digunakan berasal dari senyawa sintetik dan struktur molekul aromatik kompleks yang bersifat stabil dan sulit diuraikan juga dapat dihilangkan oleh bahan kimia dan cahaya. Hal ini dikarenakan pewarna sangat elastis pada suhu tinggi dan degradasi enzim dari hasil pembuangan deterjen. Berdasarkan hal tersebut, proses biodegradasi pewarna berjalan sangat lambat. Oleh karena itu, sebelum dibuang ke lingkungan zat pewarna harus diolah terlebih dahulu untuk meminimalisir terjadinya pencemaran air selain itu pewarna juga berpotensi menyebabkan penyakit kronis pada manusia dan makhluk hidup yang hidup di lingkungan air.

B.    Hasil Penelitian yang Relevan

Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menghilangkan warna dari pencemaran air seperti pemisahan dengan membran, mikroorganisme aerob dan anaerob, oksidasi kimia, koagulasi dan flokuasi, adsorpsi dan osmosis (Chandra et al., 2006). Beberapa teknik ini menunjukkan keefektivan meskipun terbatas, misalnya menggunakan lebih banyak zat kimia, atau konsentrasi endapan yang terakumulasi sehingga menyebabkan masalah pembuangan, kurang efektif mereduksi warna, dan hanya menyerap komponen tertentu dalam pencemaran air (Santhy dan Selvapathy, 2005).

Diantaranya, proses adsorpsi yang digunakan sangat luas dan teknik penghilangan warna dialirkan sangat lambat dan hanya pada level senyawa organik, tetapi cara ini dibatasi oleh harga adsorben yang mahal. Sebuah karbon aktif dengan kapasitas adsorpsi tinggi dapat diperoleh dengan harga yang rendah atau dari bahan pencemar digunakan sebagai adsorben sehingga lebih ekonomis (Chandra et al., 2006).

Akhir-akhir ini, perhatian pemerintah hanya berfokus pada harga adsorben yang murah yang digunakan dalam mengatasi ancaman pencemaran air. Karbon dihasilkan dari agrikultur pencemar sangat menguntungkan dan murah serta tepat menghilangkan bahan organik dan anorganik yang mencemari air. Beberapa bahan yang dapat digunakan seperti: myrobalan, tempurung biji karet, kelopak biji jambu monyet, tempurung biji kelapa sawit, bunga pohon kelapa sawit, kulit biji pongam (Rengaraj et al., 1999), serbuk gergaji, dedak padi (Malik, 2003), kulit padi, kulit kacang, kulit biji kapas (Kim et al., 2003), cornelian cherry, biji apricot, biji almond (Demirbas et al., 2004), sisa pohon oak, sekam jagung, batang jagung (Zhang et al., 2004), dan batang kapas (Attia et al., 2004).

Malaysia adalah salah satu negara terbesar kedua pengekspor minyak kelapa sawit dalam perdagangan internasional. Disamping menghasilkan minyak kelapa sawit mentah, juga menghasilkan pencemar solid dalam jumlah besar dari industri minyak kelapa sawit. Misalnya,  2.6 juta ton pencemaran solid dihasilkan di industri minyak kelapa sawit setiap tahunnya (Amiruddin, 1998). Pada tahun 2001 jumlah tempurung biji kelapa sawit dihasilkan ± 4.3 juta ton dan menjadi masalah dalam pembuangan (Ma, 2002). Beberapa peneliti berinisiatif untuk memanfaatkan tempurung biji kelapa sawit sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif. PKS dipilih karena struktur butiran/granulnya, kelarutan dalam air, bahan kimia stabil, kekuatan mekanik tinggi, dan dapat diperoleh secara lokal sehingga dapat meminimalisir biaya. Hasil penelitian yang relevan seperti penelitian yang dilakukan oleh Adinata et al. (2007), Go dan Lua (2003) dan Hussen et al. (1997) mereka memfokuskan pada preparasi dan karakterisasi tempurung biji kelapa sawit sebagai karbon aktif.

BAB 2

LANDASAN TEORI

 A.    Arang/Karbon Aktif

Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph dan berpori yang mengandung 85-95% karbon yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon (batubara, kulit kelapa, dan sebagainya) atau dari karbon yang diperlakukan dengan cara khusus baik aktivasi kimia maupun fisika untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Berikut adalah contoh struktur allotrop karbon.

Gambar 1: Struktur Allotrop Karbon

Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu:

1. Sifat Serapan

Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.

2. Temperatur

Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih rendah.

3. pH (Derajat Keasaman).

Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.

4. Waktu Singgung

Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama.

 B.  Model Kesetimbangan

Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan subtansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara subtansi dengan penyerapannya. Adsorpsi dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu ;

1.      Adsorpsi fisik, yaitu berhubungan dengan gaya Van der Waals dan merupakan suatu proses bolak – balik apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dan adsorben lebih besar daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben.

2.      Adsorpsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorpsi.

Suatu permukaan padatan yang bersentuhan dengan larutan akan menyebabkan molekul-molekul terlarut terjerap/adsorp pada permukaan padatan. Adsorbsi molekul digambarkan sebagai berikut:

A +  B     →       A.B

Dimana : A= adsorbant, B= adsorbent, A.B= jumlah bahan yang terserap

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukan distribusi adsorbent antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengn fasa ruah saat kesetimbangan pada suhu tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi.

1. Isoterm Langmuir  

Isoterm ini berdasar asumsi bahwa:

a)      Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap.

b)      Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama.

c)      Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.

Teori ini menjelaskan bahwa semua tempat adalah sama dan energinya adalah ekuivalen, termodinamika ini menjelaskan bahwa kedudukan dapat memuat salah satu molekul adsorban, proses adsorpsi tidak dapat terjadi pada ruang satu lapis, molekul dapat diadsorpsi tergantung pada letaknya, artinya, adsorban tidak akan berinteraksi diantara batasan molekul pada permukaan dan adsorpsi tidak bergerak, permindahan adsorbat di permukaan. Untuk adsorpsi larutan yang berasal dari cairan, isotherm Langmuir dinyatakan dalam persamaan berikut ini:

qe =            (1)

Dimana: KL = Konstanta adsorpsi larutan (l/g); αL = konstanta energi adsorpsi (l/mg); plot qe dengan Ce = karakteristik plateau

Pengaruh dari bentuk isotherm menunjukkan perkiraan sistem adsorpsi yaitu favourable atau unfavourable (Waber dan Chakravorti, 1974). Hall et al. (1966) menentukan faktor dimensi RL sebagai bentuk esensial dari isotherm Langmuir yang didefinisikan menurut persamaan:

RL =    (2)

Dengan Cref adalah konsentrasi adsorban fasa fluida (mg/l) dan αL adalah konstanta Langmuir. Nilai RL dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 1. Tipe isotherm dan nilai RLnya

Nilai RL Tipe Isoterm
0<RL<1RL>1

RL = 1

RL = 0

FavourableUnfavourable

Linier

Irreversible

Namun, biasanya asumsi-asumsi tersebut sulit diterapkan karena: selalu ada ketidaksempurnaan pada permukaan, molekul teradsorpsi tidak inert dan mekanisme adsorpsi pada molekul pertama sangat berbeda dengan mekanisme pada molekul terakhir yang teradsorpsi.

2. Isoterm Brunauer, Emmet, and Teller (BET).

Isoterm ini berdasar asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa molekul-molekul adsorbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat di permukaannya. Pada isoterm ini, mekanisme adsorpsi untuk setiap proses adsorpsi berbeda-beda.

3. Isoterm Freundlich

Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya adalah

x/m = kC1/n

Dengan x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg), m = massa dari adsorben (mg), C = konsentrasi dari adsorbat yang tersisa dalam kesetimbangan, dan k,n,= konstanta adsorben

Dari persamaan tersebut, jika konstentrasi larutan dalam kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan diperoleh gradien n dan intersep k. Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini akan digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan, karena dengan isoterm ini dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben. Isotherm Freundlich juga dapat dinyatakan dengan persamaan:

qe =  (3)

Dengan KF adalah konstanta kapasitas adsorpsi (mg/g), 1/n adalah konstanta permukaan heterogen, sedangkan ploting antara qe dengan Ce tidak ada regresi pada garis yang menentukan nilai 1/n dari 0-1 dan ditutup oleh niai 0 yang menyatakan permukaan adsorben heterogen.

C. Model Kinetika

Adsorpsi adalah proses proses penyerapan suatu zat yang tergantung pada waktu,  daya adsorpsi suatu zat dapat digunakan untuk mengetahui rata-rata adsorpsi untuk desain dan evaluasi adsorben dalam menghilangkan pewarna pada pencemaran air. Pada beberapa kasus, kinetika adsorpsi disamping menyatakan nilai adsorpsi total oleh adsorben juga menyatakan hukum pertama model Lagergren dan orde reaksi semu dua.

Nilai orde reaksi satu dinyatakan oleh Lagergren (Lagergren, 1898; Annadurai dan Krishnan, 1997) seperti di bawah ini:

                         (4)

Dimana qe dan qt adalah jumlah penyerapan pewarna pada adsorben pada saat setimbang (mg/g), t adalah waktu dan k1 adalah nilai adsorpsi orde satu (min-1). Hasil integral persamaan 7 dengan batas t=0 sampai t=t adalah:

Log     (5)

Plot log  dengan t akan menunjukkan kekuatan garis dan nilai k1 dapat diperoleh dari slop grafik. Model kinetika orde reaksi dua dinyatakan sebagai:

2                                    (6)

Dengan k2 adalah nilai konstanta adsorpsi pseudo-second-order (gmg-1min) hasil integrasi persamaan 9 adalah:

                             (7)

Jika orde reaksi dua semu diaplikasikan ke dalam system, kemudian plot  terhadap t  pada persamaan 2.11 akan memberikan hubungan yang linier dengan  dan   .

D.    Model Termodinamika

Parameter termodinamika seperti perubahan energi bebas standar (ΔG0), perubahan entalpi (ΔH0) dan perubahan entropi (ΔS0) dapat dinyatakan pada persaman berikut ini:

ln                     (8)

      (9)

Dengan R sebagai konstanta gas (8,314 J/molK), T= suhu mutlak (K) dan Kc= konstanta kesetimbangan termodinamika standar yang besarnya= qe/ce (L/g). Plot antara ln Kc dengan 1/T dapat menentukan  dan  .

Parameter untuk menyatakan apakah suatu reaksi berlangsung atau tidak dapat diketahui berdasarkan harga energi bebas Gibbs, yaitu jika:

ΔG0 < 0, maka energi Gibbs sistem turun dan reaksi berjalan spontan

ΔG0 > 0, maka energi Gibbs sistem naik dan reaksi berjalan tidak spontan

ΔG0 = 0, maka energi Gibbs sistem mencapai nilai minimum dan sistem berada dalam keadaan yang kesetimbangan

Isi dari hukum kedua termodinamika adalah:”semua proses yang terjadi di alam semesta selalu berlangsung ke arah peningkatan entropi”. Hukum kedua termodinamika ini dapat digunakan untuk meramalkan arah suatu proses, apakah pada kondisi tertentu proses tersebut dapat terjadi atau tidak. Menurut hukum kedua termodinamika, proses yang berlangsung pada syistem tersekat (di alam semesta) dapat terjadi apabila disertai dengan peningkatan entropi. Berdasarkan pernyataan ini maka arah proses dapat diramalkan sebagai berikut:

Jika   sistem +lingkungan > proses akan berlangsung

Jika   sistem +lingkungan < proses tidak akan berlangsung

Jika   sistem +lingkungan = proses berlangsung setimbang

Parameter entalpi menyatakan sejumlah energi yang dimiliki sistem. Sama halnya dengan energi dalam, nilai absolut dari entalpi tidak dapat diukur, tetapi perubahan entalpi yang menyertai suatu proses dapat ditentukan. Kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap sama dengan perubahan entalpi (ΔH) sistem. Berdasarkan perubahan entalpi kita dapat menentukan apakah suatu reaksi berlangsung eksoterm atau endoterm. Jika ΔH = HP – HR > 0, bertanda positif artinya reaksi endoterm yaitu adanya perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem. Sedangkan jika ΔH = HP – HR < 0, bertanda negatif artinya reaksi eksoterm yaitu adanya perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan.

BAB 3

ALAT, BAHAN, DAN CARA KERJA

 A.    Alat dan bahan

Bahan dasar pembutan karbon aktif adalah tempurung biji kelapa sawit yang terlebih dahulu dihancurkan hingga ukurannya mencapai 8-15 mm, biji kelapa sawit ini diperoleh dari K.D Technology Sdn. Bhd. Adapun pewarna yang diuji adalah Remazol Black 5 (RB5) yang memiliki struktur kimia sebagai berikut:

Gambar 2: Remazol Black 5 (RB5)

 

Parameter

Typical value

Iodine no., mg/g

Butane activity, %

CCl4 activity, %

Ball pan hardness,%

Ash content,%

Apparent density,%

Moisture,%

pH

Particle size distribution,%

BET surface area, m2/g

950-1150

20-30

55-70

88-96

5 max

0.42-0.52

5 max

9-11

90

1088

 

Tabel 2: Produk specification of palm kernel shell activated carbon (PKS-AC)

B.     Preparasi Adsorpsi

Ditimbang 1 g karbon aktif dengan teliti dan tepat. Dimasukkan larutan dalam 0.5 L larutan pewarna standar dengan konsentrasi 50-500 mg/L (pada pH optimum) kedalam labu erlenmeyer. Dimasukkan karbon aktif ke dalam erlemeyer tersebut dan ditutup dengan aluminium foil. Larutan tersebut diaduk menggunakan stirer magnetik dengan skala 150 rpm pada suhu konstan 28ºC sampai setimbang selama 30 menit. Semua larutan disaring dalam corong Buchner, dimana saringan pertama dibuang. Diukur absorbansi dari setiap larutan standar pewarna dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Jumlah pewarna yang diserap dapat diketahui kapasitas adsorpsinya, qe (mg/g) yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 10.

Qe =    (10)

Dimana Co adalah konsentrasi awal, Ce adalah konsentrasi akhir, m adalah massa adsorban yang digunakan dan V adalah volume larutan pewarna.

C.    Waktu

Konsentrasi larutan yang digunakan pada percobaan ini adalah 200 mg/l dengan menggunakan temperatur yang berbeda (35, 45 dan 55ºC) dan di aduk pada 150 rpm. Sebanyak 1 ml sampel diambil sebelum adsorban dicampur dengan larutan yang mengandung pewarna dan ditentukan interval waktunya, yaitu setiap 3 menit untuk 30 menit pertama dan 5 menit untuk 30 menit selanjutnya. Untuk 120 menit selanjutnya sampel diaduk setiap 10 dan 15 menit. Dan 120 menit terakhir sampel diaduk setiap 60 menit.

D.    Analisis Data

Semua sempel dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer UV (Genesys 10 uv) pada panjang gelombang maksimum (λmak) 597 nm.

 

BAB 4

HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN

 

Penelitian daya adsorpsi PKS-AC terhadap zat pewarna tekstil (RB5) ini menggunakan beberapa parameter baik faktor pH awal, kesetimbangan, kinetika maupun termodinamika. Berikut adalah penjelasan detailnya.

A.    Pengaruh pH awal

Pengaruh pH terhadap proses adsorpsi menunjukkan bahwa adsorpsi pewarna RB5 oleh karbon aktif dapat berjalan dengan optimum. pH awal yang digunakan dalam penelitian itu adalah pH= -0.5 dengan konsentrasi awal pewarna 50 mg/l. pengaruh pH awal terhadap kemampuan adsorpsi dapat dilihat pada gambar grafik di bawah ini.

Berdasarkan gambar grafik di atas maka dapat diketahui adanya pengaruh pH terhadap adsorpsi pewarna RB5. Pengaruh pH terhadap proses adsorpsi menunjukkan bahwa adsorpsi pewarna RB5 oleh karbon aktif PKS-AC pada range pH 1-5 meningkat seiring dengan meningkatnya pH. Hal ini dikarenakan pada permukaan karbon aktif PKS-AC terdapat gugus aktif yang bermuatan parsial positif yaitu gugus karboksil, sehingga pada waktu penambahan basa zat warna RB5 cenderung menjadi bermuatan parsial negatif yang akan menyebabkan terjadinya interaksi antara dipol-dipol dipermukaan karbon aktif PKS-AC sehingga adsorpsi akan meningkat.

Pada saat pH sistem meningkat, jumlah ion hidroksida juga meningkat dan akan berkompetensi dengan ion negatif pewarna pada kondisi basa sehingga jumlah muatan positif akan menurun. Muatan negatif pada adsorban tidak menguap pada adsorpsi ion pewarna sehingga gaya elektrostatik tolak-menolak dan ion OH melimpah.

Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam. pH larutan mempengaruhi kelarutan ion logam, aktivitas gugus fungsi pada biosorben dan kompetisi ion logam dalam proses adsorpsi.

Pada kondisi asam dengan penambahan H+ mengakibatkan zat warna cenderung bermuatan parsial positif, yang akan mengakibatkan terjadinya tolakan elektrostatik antara zat warna dengan permukaan karbon aktif yang juga bermuatan parsial positif sehingga adsorpsi yang terjadi relatif rendah. pH optimal diperoleh pada pH 2 dengan massa maksimum pada 27.44 mg/g dimana terjadinya kesetimbangan antara zat warna dengan ion hidroksil didalam larutan, sehingga zat warna mampu menangkap ion hidroksil yang ditambahkan.

Pada pH 3-5 terjadi penurunan kapasitas adsorpsi, hal ini dikarenakan ion OHyang terlalu banyak dalam larutan tidak mampu ditangkap oleh zat warna, sehingga masih banyak ion OHyang bebas didalam larutan yang menyebabkan terjadinya kompetisi antara zat warna dengan ion OHbebas untuk menempati permukaan karbon aktif yang akan menurunkan daya adsorpsi zat warna dengan karbon aktif.

B.     Model Kesetimbangan

Adapun data hasil percobaan dengan menggunakan isotherm Langmuir dan Freundlich dapat dilihat pada tabel berikut ini

Tabel 3: Nilai parameter dan koefisien korelasi berbagai model isotherm

Langmuir Isotherm

Freundlich Isotherm

Temperature (ºC)

aL

KL

RL

R2

KF

1/n

R2

 

35

0.13

7.65

0.015

0.47

28.62

0.12

0.99

45

0.11

10.53

0.017

0.75

31.58

0.2

0.97

55

1.13

99.75

0.002

0.6

44.89

0.14

0.96

Berdasarkan nilai koefisien korelasi (R2) menunjukkan bahwa isotherm Freundlich untuk permukaan heterogen memperolah data yang lebih bagus dibandingkan dengan model isotherm Langmuir. Dengan maksimum 98.6 mg/g, hal ini menunjukan bahwa butiran karbon aktif dari tempurung kelapa sawit mempunyai potensi adsorben yang baik dan dapat digunakan pada pemulihan pencemaran air dengan lebih efektif.

 C.    Model Kinetika

Konstanta laju reaksi orde satu (K1) dan nilai kesetimbangan (qe,cal c) ditentukan dari bentuk persamaan yang tidak linier dari model kinetika orde reaksi semu satu untuk setiap suhu tertentu. Konstanta laju reaksi orde satu menurun terhadap kenaikan temperature. Koefisisen korelasi yang diperoleh untuk setiap suhu adalah lebih dari 0.96. Nilai perbandingan konstanta laju reaksi dan koefisien laju reaksi pada suhu yang berbeda untuk orde satu dan orde dua dapat dilihat pada tabel  berikut ini:

Tabel 4: Nilai perbandingan konstanta laju reaksi dan koefisien laju reaksi pada suhu yang berbeda untuk orde satu dan orde dua

Temperatur (K)

Pseudo-first order kinetic model

Pseudo-second order kinetic model

k1

R2

k2

R2

308.15

0.017

0.96

0.0009

0.97

318.15

0.016

0.98

0.0007

0.96

328.15

0.012

0.97

0.0006

0.92

Berdasarkan table di atas menunjukkan bahwa konstanta laju reaksi orde satu dan dua menurun terhadap kenaikan suhu. Koefisien korelasi orde satu > 0.96 dan koefisien korelasi pada orde dua adalah > 0.92. Laju reaksi adsorpsi dipengaruhi oleh kenaikan temperature. Oleh karena itu proses yang baik digunakan adalah laju reaksi orde satu karena memiliki nilai koefisien korelasi yang besar.

D.    Penelitian Termodinamika

Dalam penentuan parameter termodinaamika, eksperimen ini mengambil data dari tiga suhu yang berbeda antara 35-550C. dengan menggunakan persamaan 10, nilai dari perubahan entropi dan perubahan entalpi dapat dihitung dari intersep dan slop plot ln Kc dengan 1/T seperti yang ditunjukan pada gambar 3. Semua parameter diukur dan diplot berdasarkan tabel 5 berikut.

Tabel 5: Parameter termodinamika RB5

Temperatur (K) Parameter termodinamika

308.15

318.15

328.15

-1.77

-1.53

-1.29

-24.26

-9.246

Harga yang diperoleh bernilai negatif, hal ini menunjukan bahwa energi Gibbs sistem turun dan reaksinya berjalan spontan. Harga  bernilai negatif menunjukan bahwa reaksi berlangsung eksoterm, yaitu jika T dinaikan harga K akan mengecil dan jika T diturunkan harga K akan semakin besar. Sedangkan jika harga  bernilai negatif menunjukan reaksi tidak berlangsung.

 
BAB 5

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian di atas maka dapat disimpulkan bahwa:

  1. PKS-AC dapat digunakan untuk adsorpsi RB5 dari larutan pewarna.
  2. Isotherm adsorpsi yang baik untuk adsorpsi pewarna RB5 adalah isotherm Freundlich. Hal ini dapat ditunjukkan pada kemampuan adsorpsi maksimum pada suhu 300C, 400C, dan 500C secara berurutan adalah 58.8, 96.7 dan 98.6 mg/g.
  3. Nilai RL menunjukkan bahwa abu kelapa sawit dapat mengadsorpsi  pewarna RB5.
  4. Dua model kinetika sederhana yang digunakan untuk menguji mekanisme adsorpsi adalah orde semu satu dan orde semu dua. Model kinetika orde semu satu sangat baik dalam mengadsorpsi pewarna RB5. Harga   yang diperoleh bernilai negatif menunjukan bahwa proses adsorpsi pewarna AG25 adalah spontan dan bersifat endoterm.

 
2 Comments

Posted by on June 20, 2011 in TERMODINAMIKA

 

2 responses to “PENELITIAN KESETIMBANGAN, KINETIKA & TERMODINAMIKA

  1. eka buang sandy kalla

    June 18, 2015 at 12:30 am

    assalamualaikum ibu. saya sedang menyusun skripsi tentang adsorpsi logam Cr dan mengkaji juga parameter kimia fisiknya. hanya saja di kupang-NTT saya sulit menemukan referensi bu. untuk itu saya mohon bantuan ibu. saya mahasiswa universitas nusa cendana. saya liat di blog ibu sangat membantu hanya saja rumus-rumusnya tidak kelihatan dan juga dilarang menjadikan blog sebagai sumber rujukan bu. kalau ibu berkenan bisa dikirim ke email saya: ebskfcb@yahoo.com. wassalamualaikum

     

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: