SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA INDONESIA 2003 ISBN 979-97893-0-3 Yogyakarta, 16-17 September 2003 bersamaan dengan Seminar Nasional Soehadi Reksowardojo 2003 (ITB) dan Fundamental & Aplikasi Teknik Kimia 2003 (ITS)

ADSORPSI ION Pb2+ MENGGUNAKAN SERBUK IJUK1

Andi Tangka Batara & Andi Aladin 2 Syahrul Rajabia & Ulfa Otolomo3

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UMI Jl. Urip Sumoharjo Km-5, Kampus II UMI, Makassar Telp/fax (0411) 447562 , Email: mus66@plasa.com

Abstrak

Berbagai industri menghasilkan limbah cair yang mengandung logam-logam berat yang dapat mencemari lingkungan. Diantara logam berat yang sangat berbahaya adalah logam timbal dalam larutannya terionisasi membentuk Pb2+. Sebelum limbah seperti ini dibuang ke lingkungan, maka diharapkan dilakukan olah limbah guna memisahkan logam beracun tersebut. Dalam penelitian ini dipelajari pemanfaatan serbuk ijuk sebagai media adsorben dalam memisahkan ion Pb dari campurannya dengan prinsip chemisorpsion. Penelitian dilakukan dengan merendam serbuk ijuk (100 mesh) sebanyak 1 gram dalam 50 mL larutan timbal dengan variasi konsentrasi (2, 4, 8, 10, 15 dan 20 ppm). Diawali dengan penentuan waktu adsorpsi optimum dan pH optimum. Model adsorpsi didekati dengan persamaan Langmuir atau Freundlich. Pengukuran konsentrasi logam timbal dilakukan dengan menggunakan alat AAS. Dari penelitian ini diperoleh waktu adsorpsi optimum 2 jam dan pH optimum 6 dengan model adsorpsi lebih cendrung mendekati model Freundlic, dengan persamaan : Log X/m = 0,2086 + 0,7616 log CPb

Kata kunci : adsorpsi; Freundlich; ijuk; timbal

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang Berbagai industri di tanah air menghasilkan limbah cair yang mengandung logam-logam berat

seperti logam Pb, Zn, Ni, dan Cu yang dapat mencemari lingkungan. Diantara logam berat yang sangat berbahaya adalah logam timbal (Pb) dalam larutannya terionisasi membentuk Pb2+. Sebelum limbah seperti ini dibuang ke lingkungan, maka diharapkan dilakukan olah limbah guna memisahkan logam beracun tersebut.

Salah satu metode pemisahan logam dari campuran atau larutannya adalah pemisahan menggunakan media adsorben dengan prinsip adsopsi. Ijuk mengandung polimer lignin yang jika diprotonasi memungkinkan membentuk kompleks ion khelat dengan ion logam, sehingga ijuk memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai media adsorben dalam memisahkan ion-ion logam timbal dari larutannya. Ijuk merupakan produk samping tanaman aren yang sangat melimpah di Indonesia dimana hingga saat ini pemanfaatannya masih sangat terbatas dan nilai eknominya pun masih relatif rendah.

Berdasarkan uraian di atas, dalam penelitian ini dilakukan studi adsorpsi ion timbal menggunakan adsorben ijuk dengan tujuan mencari kondisi-kondisi optimum (pH dan waktu) yang memberikan adsorpsi maksimum. Tujuan lain adalah mendapatkan model adsorpsi (Freundlich atau langmuir) logam timbal pada serbuk ijuk Dari hasil penelitian ini diharapkan memberikan manfaat berupa alternatif pemanfaatan ijuk sebagai media adsorben dan dengan demikian akan lebih mempermudah penanganan limbah logam beracun di industri sekaligus akan meningkatkan nilai ekonomi hasil tani aren (ijuk).

1 Makalah disajikan dalam Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia 2003 di Yogyakarta 16-18 Sept-

2003 2 Staf Dosen Teknik Kimia FTI Universitas Muslim Indonesia (UMI) Makassar 3 Mahasiswa Teknik Kimia FTI Universitas Muslim Indonesia (UMI) Makassar

PL05 - 1

Landasan Teori Adsorpsi zat dari larutan, mirip dengan adsorpsi gas oleh zat padat. Adsorpsi bersifat selektif, yang

diserap hanya zat terlarut atau pelarut. Bila dalam larutan ada zat atau lebih, zat yang satu akan diadsorpsi lebih kuat dari yang lain. Zat-zat yang dapat menurunkan tegangan muka akan lebih kuat diadsorpsi. Makin kompleks zat yang terlarut, makin kuat diadsorpsi oleh adsorben. Makin tinggi temperatur, makin kecil daya adsorpsi, namun demikian pengaruh temperatur tidak sebesar seperti pada adsorpsi gas.

Molekul dan atom dapat menempel pada permukaan dengan dua cara, yaitu secara fisika (fisisorpsi) dan secara kimia (chemisorpsi). Pada fisisorpsi, gaya yang menyebabkan adsorpsi fisik adalah gaya Van der Waals (seperti dispersi atau antaraksi dipolar) antara adsorben dan zat yang teradsorpsi, dan banyaknya zat yang teradsorpsi dapat berupa beberapa lapisan monomolekul. Adsorpsi fisik dapat meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi zat terlarut, tetapi akan makin kecil jika suhu sistem dinaikkan.

Chemisorpsi mencakup pembentukan ikatan kimia. Oleh karena itu sifatnya lebih spesifik daripada adsorpsi fisik, tetapi ada hal keadaan batas, yang tak mungkin membuat perbedaan yang tajam antara kedua jenis adsorpsi ini. Dalam chemisorpsi ikatannya dapat sedemikian ketatnya, sehingga spesies aslinya tak dapat ditemukan. Laju chemisorpsi dapat cepat atau lambat, bergantung pada energi aktivasi. Adsorpsi fisik suatu zat dapat terjadi pada suhu rendah dan zat dapat terchemisorpsi bila suhu dinaikkan.

Jumlah zat yang diserap setiap adsorben, tergantung konsentrasi dari zat terlarut. Namun demikian, bila adsorben sudah jenuh, konsentrasi tidak lagi berpengaruh. Phenomena adsorpsi larutan pada zat padat secara umum dapat didekati dengan salah satu diantara dua model Freundlich dan Langmuir. Model Freundlich adalah sebagai berikut :

bC .k =mx ( 1 )

dimana x adalah jumlah bahan (gram) yang diserap oleh m gram adsorben, C konsentrasi bahan dalam larutan, k dan b adalah konstanta. Kurva yang diperoleh berdasarkan model Freundlich di atas biasanya parabolik. Namun dengan membuatnya dalam bentuk logaritmik, kurva berubah menjadi linear dengan persamaan menjadi :

C Log b k Log +=mxLog ( 2 )

Model kedua yang dirumuskan oleh Langmuir sebagai berikut :

12

1

+= CkCk

mx ( 3 )

dimana x adalah jumlah (gram) zat yang diadsorpsi oleh m gram adsorben, C adalah konsentrasi larutan, k1 dan k2 adalah konstanta. Pada konsentrasi C yang sangat tinggi menyebabkan faktor bilangan 1 dalam persamaan di atas dapat diabaikan sehingga persamaan menjadi x/m = k1/k2 = konstan. Pada kondisi ini, permukaan adsorben menjadi jenuh dan serapan mencapai maksimum. Persamaan Langmuir di atas dapat pula dimanipulasi sedemikian rupa sehingga diperoleh persamaan linear sebagai berikut: C

mkk

kmxC

1

2

1.1 += ( 4 )

Berdasarkan persamaan (4) di atas dapat dibuat grafik C/x versus C, sehingga diperoleh nilai intersep tiada lain adalah nilai (1/m.k1), dari sini nilai k1 terhitung. Demikian pula dari grafik diperoleh nilai slope tiada lain adalah nilai (k2/m.k1), dan dari sini nilai k2 pun terhitung.

Serbuk ijuk dengan komponen lignin memungkinkan dimanfaatkan sebagai adsorben logam dalam bentuk ion. Pada kondisi asam, molekul lignin dapat terprotonasi pada gugus OR yang diikuti dengan reaksi basa maka gugus OR tersubtitusi dengan gugus OH. Molekul lignin yang kaya dengan gugus OH ini dapat menjerab ion-ion logam timbal dengan cara membetuk kompleks khelat (ilustrasi gambar-1). Adsorpsi dengan mekanisme seperti ini disebut adorbsi secara kimia (chemisorpsi).

Kompleks khelat

lignin-OH-Pb Pb++ H+

OH- OH lignin OR lignin

Gambar-1: Mekanisme Adsorpsi Pb oleh Lignin (ijuk)

PL05 - 2

II. METODE PENELITIAN

Dalam penelitian ini, bahan utama adalah logam (ion) timbal sebagai solut yang akan diserap, serbuk ijuk berukuran 100 mesh sebagai media adsorben. Analsisis logam menggunakan alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Jalan penelitian terdiri 4 langkah pokok sebagai berikut: 1. Pembuatan kurva Standar.

Disiapkan lrutan timbal (Pb) dengan variasi konsentrasi (0, 2, 4, 8, 10, 15, dan 20 ppm). Masing-masing larutan diukur serapannya menggunakan alat SSA. Dibuat kurva serapan sebagai fungsi konsentrasi. Kurva ini selanjutnya disebut sebagai kurva standar yang akan digunakan untuk menentukan konsentrasi Pb dalam suatu larutan filtrat pada langkah-langkah selanjutnya.

2. Penentuan waktu (kesetimbangan) adsorpsi optimum Ke dalam labu erlenmeyer berisi 50 mL larutan logam Pb2+ 10 ppm dimasukkan serbuk ijuk halus (100 mesh) 1 gram. Campuran larutan diaduk kemudian didiamkan selama 1 jam. Selanjutnya campuran disaring dengan kertas Whatman 42, konsentrasi logam dalam filtrat diukur dengan cara mengukur serapannya menggunakan alat SSA. Prosedur ini diulangi untuk variasi waktu yang lain (2 jam, 4 jam, 8 jam, dan 10 jam). Berdasarkan prosedur ini akan diperoleh waktu kesetimbangan adsorpsi.

3. Penentuan pH adsorpsi optimum Berdasarkan waktu kesetimbangan adsorpsi yang telah diperoleh, prosedur (2) di atas diulangi dengan melakukan variasi pH (4, 5, 6, 7 dan 8). pH larutan diatur menggunakan buffer campuran dari Na2HPO4 0,2 M dan asam sitrat 0,1 M. Berdasarkan prosedur ini akan diperoleh pH adsorpsi optimum.

4. Penentuan model adsorpsi Berdasarkan kondisi optimum yaitu waktu kesetimbangan adsorpsi dan pH optimum yang telah diperoleh dari langkah 2 dan 3, prosedur (2) di atas diulangi dengan melakukan variasi konsentrasi larutan timbal (2, 4, 8, 10, 15 dan 20 ppm). Dari data terakhir ini dilakukan olah data menggunakan model persamaan Freundlich (2) dan Langmuir (4). Model yang direkomendasikan adalah model yang memberikan ralat terkecil atau koefisien korelasi (r2) yang paling mendekati satu.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Kurva Standar. Diperoleh kurva standar (kalibrasi) untuk menentukan konsentrasi logam Pb (gambar-2)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 5 10 15 20 25

konsentrasi Pb (ppm)

Sera

pan

Gambar-2: Kurva Standar Untuk Analisis Pb menggunakan SSA

Dengan cara interpolasi atau ekstrapolasi pada kurva di atas, maka konsentrasi suatu larutan Pb dapat ditentukan setelah mengukur serapannya menggunakan alat SSA yang sama. Kurva di atas dapat didekati sebagai fungsi linear pada kisaran konsentrasi terbatas (

2. Penentuan waktu (kesetimbangan) adsorpsi optimum Adsorpsi timbal ke dalam adsorben ijuk sebagai fungsi waktu memberikan profil seperti gambar-3 sebagai berikut:

01234

56789

0 2 4 6 8 10

waktu (jam)

Pb te

rser

ap (p

pm/g

r iju

k)

12

Gambar-3: Profil adsorpsi timbal ke dalam adsorben ijuk 100 mesh

Dari profil di atas kelihatan bahwa adsorpsi timbal ke dalam adsorben ijuk 100 mesh meningkat dengan meningkatnya waktu hingga 2 jam. Dari waktu 2 jam dan seterusnya adsorpsi cendrung konstan yang berarti waktu kestimbangan telah tercapai pada waktu 2 jam. Maka dapat disimpulkan bahwa waktu adsorpsi optimum atau waktu kesetimbangan adsorpsi adalah 2 jam.

3. Penentuan pH adsorpsi optimum Adsorpsi timbal ke dalam adsorben ijuk sebagai fungsi pH memberikan profil seperti gambar-4 sebagai berikut:

01

23

45

67

89

2 3 4 5 6 7 8 9

pH

Pb te

rser

ap (p

pm/g

r iju

k)

Gambar-4: Profil adsorpsi timbal ke dalam adsorben ijuk 100 mesh

Dari grafik di atas kelihatan bahwa adsorpsi timbal pada serbuk ijuk lebih cendrung terjadi pada daerah sedikit asam, dimana adsorpsi maksimum terjadi pada pH sedikit dibawah netral yaitu pH 6. Makin tinggi pH (basa) makin menurun daya adsorpsi timbal, hal ini disebabkan bahwa serbuk ijuk (lignin) membutuhkan proton (kondisi asam) untuk dapat teraktifkan menjadi media penjerab secara kimia.

PL05 - 4

4. Penentuan model adsorpsi Berdasarkan waktu adsorpsi optimum (= 2 jam) dan pH optimum (= 6) yang diperoleh dalam penelitian ini, dilakukan pengamatan adsorpsi dengan adsorben 1 gram ijuk 100 mesh sebagai fungsi konsentrasi timbal, didapatkan data sebagai berikut:

Tabel-1: Adsorpsi Pb pada 1 gram serbuk ijuk 100 mesh

Konsentrasi; ppm No Awal Teradsorpsi

1 2 1,62 2 4 3,72 3 8 6,22 4 10 9,20 5 15 14,23 6 20 18,29

Dari data di atas selanjutnya diolah dengan menggunakan pendekatan model Freundlich dan model Langmuir, maka diproleh grafik berturut-turut gambar 5 dan 6, dengan bentuk persamaan berturut-turut persamaan 6 dan 7.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Konsentrasi Pb (ppm)

log(

x/m

)

Gambar-5: Model Adsorpsi Freundlich

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 5 10 15 20 25

Kosentrasi pb (ppm)

C/x

Gambar-6: Model Adsorpsi Langmuir

PL05 - 5

PL05 - 6

1. Persamaan Freundlich :

PbC Log 0,7616 0,2086 +=mxLog ( 6 )

koefisien korelasi r2 = 0,9069 2. Persamaan Langmuir :

PbPb Cx

C0049,08355,0 += ( 7 )

koefisien korelasi r2 = 0,219 Dari kedua model di atas , berdasarkan parameter koefisien korelasi dapat disimpulkan bahwa phenomena adsorpsi Pb pada serbuk ijuk lebih sesuai dengan model pertama yaitu model Freundlich disbanding model Langmuir.

IV. KESIMPULAN

Kondisi optimum adsorpsi logam timbal pada serbuk ijuk (100 mesh) yang diperoleh dalam penelitian adalah meliputi waktu (kesetimbangan) adsorpsi optimum 2 jam dan pH optimum 6

Model adsorpsi logam timbal pada serbuk ijuk mengikuti model Freundlich, dengan persamaan :

PbC Log 0,7616 0,2086 +=mxLog

DAFTAR PUSTAKA 1. Bird, T., (1987), Physical Chemistry, alih bahasa : Kwee Ie Tjin, PT. Gramedia Jakarta

2. Clark, A., (1970), The Theory of Adsorption and catalysis, Acadmic, New York.

3. McCab W. L., Smith J. C., and Harriott P., (1993), Unit Operations of Chemical Engineering, fifth edition . McGraw-Hill, Inc.

4. Ponic, V. Z, Knor , and S. Cerny, (1974), Adsorption on Solids, trans by D. smith and N. G. Adams London

5. Sjostrom, Eero, (1995), Kimia Kayu, Dasar-dasar dan Penggunaan, Edisi Kedua, Gadjah Mada University Press, Jakarta.

6. Soeseno, (1995), Bertanam Aren, Penerbit Swadaya, Jakarta.

7. Treybal R. E., (1980), Mass Transfr Operations, 3ed., McGraw-Hill, Inc.

Ucapan Terima Kasih

Penulis menyampaikan ucapan teima kasih kepada : Rektor Universitas Muslim Indonesia (UMI) Makassar yang telah memberikan dukungan matriel dan

moriil hingga penelitian ini dapat terlaksana Panitia Pelaksana Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia yang memberikan kesempatan kepada

penulis untuk persentasi dalam forum seminar nasional 2003 dan publikasi dalam prosiding Seminar Nasional 2003.

Daftar Makalah