Adsorpsi adalah fenomena fisik yang terjadi saat molekul-molekul gas atau cair dikontakkan

dengan suatu permukaan padatan dan sebagian dari molekul-molekul tadi mengembun pada

permukaan padatan tersebut. Jika interaksi antara padatan dan molekul yang mengembun relatif

lemah maka proses ini disebut adsorpsi fisik dan terjadi hanya karena gaya Van der Waals[4]

Unit operasi adsorpsi biasa dilakukan dalam proses pemisahan atau beberapa komponen dari

suatu sistem campuran dengan memanfaatkan fenomena ini. Dalam operasi ini molekul-molekul

yang terembunkan tadi disebut adsorbat dan permukaan kontaknya disebut adsorben[4].

Salah satu jenis adsorben yang sering digunakan adalah karbon aktif, yaitu bahan yang

mengandung karbon yang telah ditingkatkan daya adsorpsinya. Karbon aktif memiliki

kemampuan penyerapan yang tinggi karena memiliki luas permukaan antara 500-2000 m2/gram.

Dengan semakin berkembangnya penggunaan karbon aktif sebagai adsorben maka perlu

ditingkatkan efisiensinya dalam proses adsorpsi.

Peralatan adsorpsi secara kontinyu dengan menggunakan unggun diam dapat dikembangkan

sebagai salah satu alternatif untuk proses adsorpsi. Dengan mengetahui daerah penyerapan atau

zona transfer massa maka kita dapat mengefektifkan prosesa adsorpsi. Proses adsorpsi ini akan

menggunakan karbon aktif sebagai adsorbennya, yang ditempatkan sebagai unggun tetap.

Larutan adsorben yang mengandung benzena dan toluena dalam pelarut air akan dilewatkan

secara kontinyu melalui unggun sampai adsorben mengalami kejenuhan.

2.1       ADSORPSI[Error: Reference source

not found, Error: Reference source not found]

 

            Adsorpsi adalah terserapnya atau terikatnya suatu substansi (adsorbat) pada permukaan

yang dapat menyerap (adsorben). Adsorpsi dapat terjadi antara zat padat dan zat cair, zat padat

dengan gas, zat cair dengan zat cair, dan zat cair dengan gas.

            Adsorpsi terjadi karena molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair yang

memiliki gaya tarik dalam keadaan tidak setimbang yang cenderung tertarik ke arah dalam (gaya

kohesi adsorben lebih besar daripada gaya adhesinya). Ketidakseimbangan gaya tarik tersebut

mengakibatkan zat padat atau zat cair yang digunakan sebagai adsorben cenderung menarik zat-

zat lain yang bersentuhan dengan permukaannya.

            Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi

dibagi menjadi dua bagian, yaitu adsorpsi  fisika dan adsorpsi kimia.

 

 

2.1.1    Adsorpsi Fisika[Error: Reference source not found]

 

            Adsorpsi fisika terjadi bila gaya intermolekular lebih besar dari gaya tarik antar molekul

atau gaya tarik menarik yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini

disebut gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke

bagian permukaan lain dari adsorben.

 

Gaya antar molekul adalah gaya tarik antara molekul-molekul fluida dengan permukaan

padat, sedangkan gaya intermolekular adalah gaya tarik antar molekul-molekul fluida itu sendiri.

Adsorpsi ini berlangsung cepat, dapat membentuk  lapisan jamak (multilayer), dan dapat

bereaksi balik (reversible), karena energi yang dibutuhkan relatif rendah. Energi aktivasi untuk

terjadinya adsorpsi fisika biasanya adalah tidak lebih dari 1 kkal/gr-mol, sehingga gaya yang

terjadi pada adsorpsi fisika termasuk lemah. Adsorpsi fisika dapat berlangsung di bawah

temperatur kritis adsorbat yang relatif rendah sehingga panas adsorpsi yang dilepaskan juga

rendah yaitu sekitar 5 – 10 kkal/gr-mol gas, lebih rendah dari panas adsorpsi kimia.

 

2.1.2    Adsorpsi Kimia[Error: Reference source not found]

 

            Adsorpsi kimia terjadi karena adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan

adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion. Gaya ikat adsorpsi ini bervariasi

tergantung pada zat yang bereaksi. Adsorpsi jenis ini bersifat tidak reversible dan hanya dapat

membentuk lapisan tunggal  (monolayer). Umumnya terjadi pada temperatur tinggi di atas

temperatur kritis adsorbat, sehingga panas adsorpsi yang dilepaskan juga tinggi, yaitu sekitar 10-

100 kkal/gr-mol. Untuk dapat terjadinya peristiwa desorpsi dibutuhkan energi lebih tinggi untuk

memutuskan ikatan yang terjadi antara adsorbat dengan adsorben. Energi aktivasi pada adsorpsi

kimia berkisar antara 10 – 60 kkal/gr-mol.

 

            Perbedaan antara adsorpsi fisika dengan adsorpsi kimia dapat dilihat pada tabel 2.1 

berikut:

Tabel 2. 1 Perbedaan antara adsorpsi fisika dengan adsorpsi kimia

 

No Parameter Adsorpsi fisika Adsorpsi kimia

1 Adsorben semua jenis Terbatas

2 Adsorbat semua gas kecuali gas mulia

3 Jenis ikatan fisika Kimia

4 Panas adsorpsi 5 – 10 kkal/gr-mol gas 10-100 kkal/gr-mol gas

5 Temperatur operasi di bawah temperatur kritis di atas temperatur kritis

6 Energi aktivasi kurang dari 1 kkal/gr-mol 10-60 kkal/gr-mol

7 Reversibilitas Reversible Tidak selamanya

reversible

8 Tebal lapisan Banyak (multilayer) Satu (monolayer)

9 Kecepatan adsorpsi Besar Kecil

10 Jumlah zat

teradsorp

Sebanding dengan

kenaikan tekanan

Sebanding dengan

banyaknya inti aktif

adsorben yang dapat

bereaksi dengan adsorbat

           

2.1.3    Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Daya

Adsorpsi[Error: Reference source not found]

            Banyaknya adsorbat yang teradsorp pada permukaan adsorben dipengaruhi oleh beberapa

faktor, yaitu :

      Jenis adsorbat, dapat ditinjau dari :

         Ukuran molekul adsorbat

Rongga tempat terjadinya adsorpsi dapat dicapai melalui ukuran yang sesuai,

sehingga molekul-molekul yang bisa diadsorpsi adalah molekul-molekul yang

berdiameter sama atau lebih kecil dari diameter pori adsorben.

 

         Polaritas molekul adsorbat

Apabila diameter sama, molekul-molekul polar lebih kuat diadsorpsi daripada

molekul-molekul yang kurang polar, sehingga molekul-molekul yang lebih polar

bisa menggantikan molekul-molekul yang kurang polar yang telah diserap.

      Sifat adsorben, dapat ditinjau dari :

         Kemurnian adsorben

Adsorben yang lebih murni memiliki daya adsorpsi yang lebih baik.

         Luas permukaan adsorben

Semakin luas permukaan adsorben maka jumlah adsorbat yang terserap akan

semakin banyak pula.

      Temperatur

Adsorpsi merupakan proses eksotermis sehingga jumlah adsorbat akan bertambah dengan

berkurangnya temperatur adsorbat. Adsorpsi fisika yang substansial biasa terjadi pada

temperatur di bawah titik didih adsorbat, terutama dibawah 500 C.

 

 

 

      Tekanan

Untuk adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat mengakibatkan kenaikan jumlah zat

yang diadsorpsi. Sebaliknya pada adsorpsi kimia, jumlah yang diadsorpsi berkurang

dengan naiknya temperatur adsorbat.

2.1.4    Kurva Terobosan (Breakthrough Curve) [Error:

Reference source not found]

 

            Kurva terobosan merupakan kurva yang menggambarkan suatu rentang kondisi

terjadinya peningkatan drastis jumlah adsorbat yang teradsorpsi oleh adsorben, sebelum proses

adsorpsi mendekati kesetimbangan adsorpsi.

            Pada gambar 2.1 menunjukkan bahwa proses adsorpsi dimulai dari titik 1, sedangkan titik

2 merupakan breakpoint, yaitu titik dimana mulai terjadi peningkatan jumlah adsorbat yang

diserap.

            Daerah antara titik 2 dan titik 3 merupakan daerah rentang breakthrough. Titik 4

merupakan titik dimana proses adsorpsi telah mendekati kondisi kesetimbangan, dimana pada

kondisi ini keadaan adsorban telah mencapai kejenuhan.

 

Gambar 2. 1 Kurva Terobosan

 

II.1.5   Kesetimbangan Adsorpsi [3,1]

            Kesetimbangan adsorpsi terjadi bila larutan dikontakkan dengan adsorben padat, dan

molekul dari adsorbat berpindah dari larutan ke padatan sampai konsentrasi adsorbat dilarutan

dan padatan dalam keadaan setimbang. Data kesetimbangan adsorpsi yang dihasilkan pada

temperatur konstan disebut adsorpsi isotermis. Untuk mengukur kesetimbangan adsorpsi dapat

dilakukan dengan pengukuran konsentrasi adsorbat di larutan pada awal dan kesetimbangan .

            Banyak persamaan empiris yang telah dikembangkan  untuk menerangkan adsorpsi

isothermal, seperti persamaan Freundlich, dan persamaan Langmuir.

Secara umum persamaan langmuir dapat ditulis sebagai berikut :

                                                                                                   (2.1)

 

dimana :

                        q   = konsentrasi pasa fasa solid

                        qm = konsentrasi maksimum fasa solid yang dapat di adsorpsi

                        b   = konstanta

                        c   = konsentrasi fasa liquid.

 

Persamaan 2.1 dapat dilakukan linierisasi dengan dua cara untuk mendapatkan nilai qm  dan

konstanta b, (KL = 1/b)

                                                                                      (2.2a)

 

                                                                                          (2.2b)

 

 

Persamaan diatas adalah persamaan Langmuir untuk single komponen, untuk aplikasi pada

adsorpsi system dua komponen, telah dilakukan modifikasi oleh Jain-Snoeyink(1973).

                                                (2.3a)

                                                                                  (2.3b)

 

Dalam persamaan ini Jain-Snoeyink memperhitungkan adanya bagian adsorpsi yang terjadi tanpa

adanya kompetisi, yang digambarkan oleh suku pertama pada ruas kanan dari persamaan 2.3

Untuk  persamaan Freundlich :

                                                                                                      (2.4)

dimana :           

= jumlah solut yang teradsorb per gram adsorben

C = konsentrasi larutan setelah diadsorpsi(setelah setimbang)

Kf  dan n adalah konstanta, n>1,

dengan logaritma didapat :

 

Log = log Kf + n log C                                                        (2.5)

 

persamaan di atas diplot antara log  terhadap log C, sehingga didapat garis lurus. Gambar

2.2 memperlihatkan grafik hasil perhitungan dari konstanta adsorpsi isotermis Freundlich.

 

 

Gambar 2. 2  Perhitungan dari konstanta adsorpsi isotermis Freundlich

 

 

 

            Untuk gas, konsentrasi biasanya dinyatakan dalam persen mol atau tekanan parsial.

Untuk zat cair, konsentrasi biasanya dinyatakan dalam satuan massa, seperti bagian perjuta

(ppm). Konsentrasi adsorbat pada zat padat dinyatakan sebagai massa teradsorpsi persatuan

massa adsorben semula.

 

 

 

 

 

 

 

II.1.6    Fixed-bed Adsorpsi [5]

 

            Dalam fixed-bed (unggun diam) adsorpsi, konsentrasi dari fasa fluida dan fasa padatan

akan berubah terhadap waktu sesuai dengan posisinya pada unggun. Pada awalnya kebanyakan

terjadinyatransfer massa berada atau mengambil tempat pada daerah hulu (masukkan pada

unggun), dimana fluida akan mengadakan kontak yang pertamakalinya dengan adsorben. Jika

pada padatan tidak mengandung adsorbat pada awalnya, maka konsentrasi dari fluida akan turun

dan mendekati nol sebelum mencapai hilir (keluaran dari unggun). Setelah beberapa lama maka

padatan dekat daerah hulu akan mengalami kejenuhan dan kemudian transfer massa akan

mengambil tempat selanjutnya yang lebih jauh dari daerah inlet. Daerah dimana paling banyak

terjadi perubahan konsentrasi disebut mass-transfer zone.

            Dengan demikian bertambahnya waktu maka mass-transfer zone akan terusbergerak pada

unggun tersebut. Dari profil konsentrasi rata-rata yang terjadi pada jumlah adsorbat dalam

padatan maka akan menunjukkan keadaan jenuh pada hulu, perubahan besar pada daerah mass-

transfer zone dan konsentrasi nol pada keluaran unggun.

            Kolom unsteady-state lebih sering digunakan untuk menangani limbah cair dalam jumlah

besar. Cairan dimasukkan secara terus-menerus baik pada puncak ataupun dasar kolom melewati

unggun padatan adsorben yang tetap. Padatan menyerap sejumlah solute yang cenderung

meningkat seiring dengan bertambahnya waktu. Ketika kapasitas adsorpsi padatan mendekati

atau telah mencapai kejenuhan, harus dilakukan regenerasi.

            Gambaran dari kolom adsorpsi unggun diam dapat dilihat seperti gambar di bawah ini.

Pada keadaan awal, larutan kontak dengan adsorben yang masih segar pada bagian hulu. Solute

diserap secara bertahap dari cairan pada saat melewati adsorben. Panjang dari daerah di mana

sebagian besar solute dikurangi, disebut zona adsorpsi(adsorption zone).

 

 

Gambar 2. 3 Zona adsorpsi pada kolom

 

 

            Panjang zona adsorpsi berubah-ubah tergantung pada harga konsentrasi solute yang

disaring. Pengurangan solute terus bertambah pada saat cairan melewati kolom pada zona ini.

Sejumlah kecil konsentarasi solute terbuang pada aliran keluar karena faktor kinetika dan

kesetimbangan. Semakin banyak fluida yang masuk ke dalam kolom, semakin banyak solute

yang bisa dipisahkan. Zona adsorpsi akan bergerak ke bawah seperti gelombang yang  sangat

pelan.

            Akhirnya bagian bawah dari zona adsorpsi mencapai bagian bawah dan konsentrasi

solute pada aliran keluar mulai meningkat dengan cepat. Keadaan ini disebut titik

tembus(breakpoint) dan grafik antara konsentrasi solute yang ke luar dengan waktu setelah titik

tembus disebut kurva terobosan (breakthrough).

 

www.digilib.ui.ac.id/Lontar/file?file=digital/128091...Literatur.pdf

http://meingstein.wordpress.com/

http://smk3ae.wordpress.com/2008/12/03/isotherm-adsorpsi/