B. KARAKTERISTIK ATAPULGIT
Karakteristik atapulgit dan arang aktif dilakukan untuk mengetahui kemampuan penjerapannya. Untuk melihat sifat-sifat adsorben maka
dilakukan karakterisasi terhadap adsorben yang meliputi warna visual, bentuk visual bahan dan ukuran partikel. Hasil karakterisasi ini disajikan pada Tabel
8.
Tabel 8. Karakterisasi atapulgit dan arang aktif
Karakteristik Jenis Adsorben
Warna Bentuk Ukuran
Partikel
Atapulgit
Putih keabu-abuan Serbuk
150 mesh
Arang aktif Hitam Serbuk
150 mesh
Berdasarkan Tabel 8, dapat diketahui bahwa atapulgit dan arang aktif yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai ukuran partikel 150 mesh
dan berbentuk butiran serbuk. Karakteristik ini memudahkan proses adsorpsi untuk pemisahan bahan dengan konsentrasi yang kecil dari campuran yang
mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi Bernasconi et al, 1995. Bentuk adsorben yang berupa butiran serbuk sangat baik digunakan untuk
proses adsorpsi campuran cair, selain itu adanya pori dan luas permukaan yang besar pada atapulgit membuat proses penjerapan menjadi lebih cepat.
Menurut Ketaren 1986, daya penjerapan terhadap warna akan lebih efektif jika adsorben tersebut mempunyai bobot jenis yang rendah, kadar air tinggi,
ukuran partikel halus dan pH adsorben mendekati netral.
C. KONDISI KESETIMBANGAN ADSORPSI
Kondisi keseimbangan merupakan kondisi saat proses pemisahan komponen tertentu dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan adsorben
yang mendekati jenuh dan pemisahan yang dikehendaki tidak dapat lagi berlangsung. Sesuai dengan hukum laju reaksi yang menyatakan bahwa laju
reaksi mengikuti laju perubahan konsentrasi pereaksi maka laju reaksi
adsorpsi minyak sawit kasar ditentukan berdasarkan penurunan nilai konsentrasi -karoten selama berlangsungnya reaksi adsorpsi. Penurunan nilai
-karoten dalam olein menyatakan peningkatan konsentrasi -karoten dalam adsorben. Pada penelitian ini digunakan arang aktif sebagai adsorben
pembanding. Kondisi kesetimbangan didapat dari hubungan antara konsentrasi -karoten dalam olein dengan lama adsorpsi berlangsung. Hubungan antara
penurunan nilai konsentrasi -karoten dengan waktu adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 7.
50 100
150 200
250 300
350 400
450 500
20 40
60 80
100 120
140 160
180
Lama Adsorpsi me nit Ko
n se
n tr
a si
β -k
ar ot
e n
d al
am ol
e in
μg m
l
Gambar 7. Hubungan antara penurunan nilai konsentrasi -karoten dalam olein dengan lama adsorpsi
○, atapulgit 40 ºC; □, atapulgit 50 ºC; ∆, atapulgit 60 ºC; ●, arang aktif 40 ºC; ■, arang aktif 50 ºC; ▲,
arang aktif 60 ºC
Berdasarkan Gambar 7 dapat diketahui bahwa semakin lama waktu reaksi maka terjadi penurunan nilai konsentrasi -karoten dalam olein sampai
kondisi setimbang terpenuhi dan tidak terjadi penurunan nilai konsentrasi - karoten. Penurunan nilai konsentrasi -karoten ini disebabkan adanya
penjerapan -karoten oleh adsorben. Konsentrasi -karoten dalam olein yang menurun seiring dengan lamanya waktu menyebabkan konsentrasi -karoten
yang dijerap dalam adsorben meningkat sehingga adsorben mengalami kondisi yang tidak mampu menjerap lagi. Kondisi tersebut merupakan kondisi
setimbang dimana adsorben mengalami kapasitas jenuh penjerapan. Pada
proses ini semakin tinggi suhu, maka warna olein akan semakin pucat dan warna pada adsorben akan semakin pekat akibat ion Al
3+
pada permukaan partikel adsorben yang dapat mengadsorpsi partikel zat warna. Perubahan
warna olein dan adsorben dapat dilihat pada Lampiran 4. Kondisi kesetimbangan yang diperoleh berbeda pada masing-masing
suhu reaksi. Pada adsorpsi -karoten menggunakan atapulgit semakin tinggi suhu reaksi, maka konsentrasi -karoten dalam olein semakin menurun dan
waktu yang dicapai untuk memberikan pengaruh yang sama terhadap penurunan konsentrasi -karoten pada suhu reaksi yang tinggi lebih cepat
dibandingkan pada suhu reaksi yang rendah. Kondisi kesetimbangan pada arang aktif lebih baik dibandingkan atapulgit. Hal ini dapat dilihat dari nilai
konsentrasi -karoten dalam olein yang lebih rendah dibandingkan konsentrasi -karoten dalam olein dengan menggunakan atapulgit dan waktu yang dicapai
semakin cepat. Nilai konsentrasi -karoten dalam olein pada kondisi kesetimbangan untuk masing-masing suhu adsorben dan jenis adsorben
ditunjukkan pada Tabel 9.
Tabel 9. Nilai konsentrasi -karoten dalam olein pada kondisi kesetimbangan untuk masing-masing suhu adsorpsi dan jenis adsorben
Jenis Adsorben Suhu Reaksi C
Waktu Reaksi menit
Konsentrasi β-karoten
dalam olein μgml
40 33
249 50
31 264
Atapulgit 60
25 210
40 22
45 50
22 60
Arang Aktif 60
19 85
Berdasarkan Tabel 9 dapat diketahui kondisi keseimbangan pada masing-masing suhu berdasarkan jenis adsorben. Pada adsorpsi -karoten
menggunakan atapulgit, kondisi kesetimbangan semakin meningkat seiring peningkatan suhu. Hal ini membuktikan bahwa suhu mempengaruhi laju
adsorpsi dan kondisi kesetimbangan proses adsorpsi tersebut. Peningkatan laju tersebut disebabkan adanya penjerapan -karoten
secara fisik dari olein ke adsorben. Hui 1996 menyatakan teori dari
pemucatan secara adsorpsi bahwa proses adsorpsi pada suhu yang rendah, seperti pemucatan bleaching, lebih disebabkan oleh ikatan intermolekular
daripada pembentukan dari ikatan kimia baru. Molekul yang terfisisorpsi tetap mempertahankan identitasnya dan tidak menghasilkan pemutusan ikatan.
Proses adsorpsi paling mudah terjadi apabila energi bebas Gibbs paling rendah, dimana adsorben dan adsorbat memiliki kepolaran yang sama
sehingga adsorbat cenderung teradsorpsi karena energi bebas Gibbsnya rendah. Selain itu, -karoten terjerap oleh adsorben akibat interaksi hidrofobik
antara adsorben dan -karoten Baharin et al., 1998. Keadaan demikian memungkinkan terjadinya ikatan van der walls. Ikatan van der walls
merupakan antaraksi berbagai dipol-dipol secara kolektif. Antaraksi dipol- dipol ini menimbulkan tarik menarik antara muatan yang berlainan tanda dan
tolak menolak antara muatan yang sama. Molekul non polar saling ditarik oleh antaraksi dipol-dipol yang lemah yang disebut gaya London Fessenden dan
Fessenden, 1994. Struktur atapulgit terdiri dari rantai silika ganda yang berikatan dengan
okigen membentuk tetrahedral, yang merupakan gugus non polar, aluminium dan magnesium berikatan dengan oksigen, gugus hidroksil dan gugus OH
membentuk oktahedral yang merupakan gugus polar Grim, 1989. Adanya gugus polar dan non polar pada atapulgit menyebabkan adsorben ini tergolong
ke dalam adsorben semi polar. Menurut Chu et. al. 2004 ikatan yang kurang polar merupakan ikatan
antara silika dengan oksigen Si-O-Si yang disebut siloksan. -karoten yang merupakan molekul non polar akan dijerap oleh gugus siloksan. Gugus
siloksan inilah yang berinteraksi dengan awan elektron yang banyak terdapat pada ikatan ganda terkonjugasi dari molekul -karoten melalui ikatan dipol-
dipol. Kemungkinan ikatan van der walls antara -karoten dan atapulgit ditunjukkan pada Gambar 8.
Si O Si
δ+ δ-
tarikan
δ+
H CH
3
C
δ-
C CH
3
CH
3
Gambar 8. Ikatan van der walls antara -karoten dan atapulgit
Pada adsorpsi -karoten menggunakan atapulgit, konsentrasi beta karoten di dalam olein pada kondisi kesetimbangan mencapai nilai yang
meningkat pada kenaikan suhu adsorpsi dari 40 – 50 °C dan menurun pada
kenaikan suhu adsorpsi dari 50 – 60 °C. Hal ini disebabkan adanya adsorpsi
komponen dalam olein seperti α-tokoferol yang mempunyai berat molekul
lebih rendah dibandingkan -karoten, tetapi laju penjerapan pada proses ini tetap meningkat. Pada suhu 60 ºC terlihat kondisi keseimbangan dan laju yang
semakin meningkat. Hal ini diakibatkan adanya oksidasi pada asam lemak tak jenuh dari olein dan menghasilkan ikatan rangkap.
Pada arang aktif proses adsorpsi secara fisik terjadi karena daya tarik atau perbedaan polaritas dari permukaan arang aktif lebih besar dibandingkan
daya tarik yang menahan -karoten dalam olein. Perbedaan polaritas ini menyebabkan adsorbat melekat sedemikian kuat pada arang aktif. Pori dan
luas permukaan adsorben mempengaruhi kecepatan adsorpsi, semakin besar pori dan luas permukaan maka reaksi adsorpsi terjadi semakin cepat. Keadaan
inilah yang menyebabkan daya jerap dari arang aktif lebih besar dibandingkan daya jerap atapulgit.
Konsentrasi -karoten di dalam olein menggunakan arang aktif semakin menurun seiring peningkatan suhu. Hal ini disebabkan arang aktif cenderung
mengadsorpsi molekul yang berantai lurus, selain itu arang aktif dapat menyerap zat warna sebanyak 95-97 persen dari total zat warna yang terdapat
dalam minyak dan dapat digunakan dalam jumlah yang sangat kecil Ketaren, 1986. Adanya perbedaan kondisi kesetimbangan tersebut membuktikan
bahwa suhu dan jenis bahan adsorben mempengaruhi laju adsorpsi dan kondisi kesetimbangan proses adsorpsi tersebut.
Penggunaan arang aktif pada proses adsorpsi -karoten olein sawit kasar lebih baik dibandingkan penggunaan atapulgit. Pada atapulgit, semakin tinggi
suhu maka maka konsentrasi -karoten dalam fase padat atau atapulgit meningkat sedangkan konsentrasi -karoten dalam arang aktif menurun.
Walaupun peningkatan suhu dapat meningkatkan jumlah pori-pori mikro pada arang aktif, tetapi laju penjerapan -karoten pada arang aktif semakin rendah.
Hal ini diakibatkan aktivitas penjerapan yang terjadi tidak hanya menjerap - karoten saja, tetapi juga zat-zat warna yang dihasilkan akibat oksidasi yang
terdapat dalam olein sehingga arang aktif cepat jenuh dan kurang menjerap - karoten, selain itu arang aktif lebih cepat menjerap molekul yang berantai
lebih lurus. Bila struktur molekul dari dua macam zat sama, maka yang berat molekulnya lebih besar akan lebih banyak diserap oleh arang aktif. Tetapi,
apabila struktur molekulnya tidak sama maka adsorpsinya lebih dipengaruhi oleh susunan molekul Djatmiko et al., 1985. Adanya penjerapan zat warna
lain oleh arang aktif maka arang aktif tidak tergolong ke dalam adsorben selektif untuk -karoten. Besarnya kapasitas adsorpsi dari atapulgit dan arang
aktif ini ditampilkan pada Gambar 9.
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
130
25 50
75 100
125 150
175 200
225 250
275 300
325 350
375
Konse ntrasi β-karoten dalam olein μgml
Ko n
se n
tr a
si β
-k a
r o
ten d
a la
m a d
so rb
en μ
g g
Gambar 9. Hubungan antara nilai konsentrasi -karoten dalam olein dengan konsentrasi -karoten dalam adsorben
○, atapulgit 40 ºC; □, atapulgit 50 ºC;
∆, atapulgit 60 ºC; ●, arang aktif 40 ºC; ■, arang aktif 50 ºC;
▲, arang aktif 60 ºC
Berdasarkan Gambar 9 terlihat bahwa konsentrasi -karoten dalam olein yang menurun seiring dengan lamanya waktu menyebabkan konsentrasi -
karoten yang dijerap dalam adsorben meningkat sehingga adsorben mengalami kondisi yang tidak mampu menjerap lagi. Kondisi tersebut
merupakan kondisi setimbang dimana adsorben mengalami kapasitas jenuh penjerapan.
Perpindahan adsorbat ke permukaan adsorben dipengaruhi langsung oleh viskositas dan laju alir, secara tidak langsung oleh ukuran partikel
adsorbat. Mekanisme penyebaran ini terdiri dari tahap difusi ke permukaan adsorben dan difusi ke dalam pori adsorben.
Pada Gambar 9 menunjukkan gambaran bentuk permukaan molekul teradsorpsi dan banyaknya kuantitas yang diadsorpsi pada suhu yang lebih
tinggi.. Kurva tersebut mempunyai nilai n ≥ 1, yang menggambarkan proses
adsorpsi yang tidak mempunyai kecenderungan atau berbentuk cekung ke atas, sehingga zona perpindahan massa di dalam proses tersebut lebih panjang
dan desorpsinya akan memerlukan suhu yang lebih rendah. Zona perpindahan massa dapat diartikan sebagai daerah dimana sebagian besar perubahan
konsentrasi berlangsung. Lebar zona perpindahan massa bergantung pada laju perpindahan massa, laju aliran dan bentuk kurva kesetimbangan. Jika zona
perpindahan massa pada hamparan cukup panjang dapat mengakibatkan penggunaan adsorben yang tidak efisien dan dapat menambah biaya energi
untuk melakukan regenerasi adsorben McCabe et al., 1989. Pada proses industri bentuk kurva yang paling dikehendaki berbentuk tak mampu balik
dibandingkan bentuk kurva sangat cenderung, tak cenderung, dan linear. Hal ini dikarenakan kuantitas yang diadsorpsi tidak bergantung pada konsentrasi
adsorbat dan mengurangi biaya energi untuk regenerasi McCabe et al., 1999. Indeks efisiensi adsorpsi n mempengaruhi proses adsorpsi yang
terjadi. Bentuk isoterm berhubungan dengan nilai efisiensi dari adsorpsi. Semakin tinggi nilai n maka proses penjerapan yang terjadi akan semakin
lambat. Pada atapulgit dan arang aktif, peningkatan suhu meningkatkan efisiensi proses adsorpsi yang terjadi. Nilai n akan dibahas lebih lanjut pada
kinetika adsorpsi.
D. KINETIKA ADSORPSI Β-KAROTEN
Kategori