1. Adsorpsi fisika
Berhubungan dengan gaya Van der Waals. Apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari daya tarik menarik
antara zat terlarut dengan pelarutnya, maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Adsorpsi ini mirip dengan proses
kondensasi dan biasanya terjadi pada temperatur rendah pada proses ini gaya yang menahan molekul fluida pada permukaan solid relatif
lemah, dan besarnya sama dengan gaya kohesi molekul pada fase cair gaya van der waals mempunyai derajat yang sama dengan panas
kondensasi dari gas menjadi cair, yaitu sekitar 2.19-21.9 kgmol. Keseimbangan antara permukaan solid dengan molekul fluida biasanya
cepat tercapai dan bersifat reversibel.
2. Adsorpsi Kimia
Yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang
jauh lebih besar daripada Adsorpsi fisika. Panas yang dilibatkan adalah sama dengan panas reaksi kimia. Menurut Langmuir, molekul
teradsorpsi ditahan pada permukaan oleh gaya valensi yang tipenya sama dengan yang terjadi antara atom-atom dalam molekul. Karena
adanya ikatan kimia maka pada permukaan adsorbent akan terbentuk suatu lapisan atau layer, dimana terbentuknya lapisan tersebut akan
menghambat proses penyerapan selanjutnya oleh batuan adsorbent sehingga efektifitasnya berkurang.
2.2 Kinetika Adsorpsi
Seperti halnya kinetika kimia, kinetika adsorpsi juga berhubungan dengan laju reaksi. Hanya saja, kinetika adsorpsi lebih khusus, yang hanya membahas sifat
penting dari permukaan zat. Kinetika adsorpsi yaitu laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam suatu jangka waktu tertentu. Kinetika adsorpsi
suatu zat dapat diketahui dengan mengukur perubahan konsentrasi zat teradsorpsi tersebut, dan menganalisis nilai k berupa slopekemiringan serta
memplotkannya pada grafik. Kinetika adsorpsi dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai banyaknya zat yang
teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan atau besar kecilnya adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya :
Macam adsorben Macam zat yang diadsorpsi adsorbate
Luas permukaan adsorben
Konsentrasi zat yang diadsorpsi adsorbate Temperatur
2.3 Adsorben
Adsorben ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain baik cairan maupun gas pada proses adsorpsi. Umumnya adsorben bersifat spesifik,
hanya menyerap zat tertentu. Dalam memilih jenis adsorben pada proses adsorpsi, disesuaikan dengan sifat dan keadaan zat yang akan diadsorpsi.
Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Karbon aktif yang merupakan contoh dari adsorpsi, yang
biasanya dibuat dengan cara membakar tempurung kelapa atau kayu dengan persediaan udara oksigen yang terbatas. Tiap partikel adsorben dikelilingi
oleh molekul yang diserap karena terjadi interaksi tarik menarik. Zat ini banyak dipakai di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan.
Penyerapan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau pelarut sangat mirip dengan penyerapan gas oleh zat padat. Beberapa jenis adsorben
yang biasa digunakan yaitu :
a. Karbon aktif arang aktif norit
Sejak perang dunia pertama arang aktif produksi dari peruraian kayu sudah dikenal sebagai adsorben atau penyerap yang afektif sehingga banyak dipakai
sebagai adsorben pada topeng gas Arang aktif adalah bahan berupa karbon bebas yang masing-masing berikatan secara kovalen
atau arang yang telah
dibuat dan diolah secara khusus melalui proses aktifasi, sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian mempunyai daya serap yang besar terhadap zat-
zat lainnya, baik dalam fase cair maupun dalam fase gas. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non-polar. Struktur pori berhubungan dengan
luas permukaan, dimana semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi
bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Karbon aktif ini cocok
digunakan untuk mengadsorpsi zat-zat organik. Komposisi arang aktif terdiri dari silika SiO2, karbon, kadar air dan kadar debu. Unsur silika merupakan
kadar bahan yang keras dan tidak mudah larut dalam air, maka khususnya silika yang bersifat sebagai pembersih partikel yang terkandung dalam air
keruh dapat dibersihkan sehingga diperoleh air yang jernih.
Bahan baku yang berasal dari hewan, tumbuh-tumbuhan, limbah maupun mineral yang mengandung karbon dapat dibuat menjadi arang aktif yaitu
dibuat melalui proses pembakaran secara karbonisasi aktifasi dari semua bahan yang mengandung unsur karbon dalam tempat tertutup dan dioksidasi
diaktifkan dengan udara atau uap untuk menghilangkan hidrokarbon yang akan menghalangi mengganggu penyerapan zat organik Bahan tersebut antar
lain tulang, kayu lunak maupun keras, sekam, tongkol jagung, tempurung kelapa, ampas penggilingan tebu, ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, dan
batubara.
Pembuatan arang aktif Secara umum dan sederhana, proses pembuatan arang aktif terdiri dari 3 tahap,
yaitu : 1.
Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170°C.
2. Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon.
Suhu diatas 170°C akan menghasilkan CO dan CO
2
. Pada suhu 275°C, dekomposisi menghasilkan “tar”, methanol dan hasil samping lainnya.
Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600°C.
3. Aktifasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan
dengan uap atau CO
2
sebagai aktifator.
Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan
hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas
permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi.
Arang aktif mempunyai warna hitam, tidak berasa dan tidak berbau, berbentuk bubuk dan granular, mempunyai daya serap yang jauh lebih besar
dibandingkan dengan arang yang belum mengalami proses aktifasi, mempunyai bentuk amorf yang terdiri dari plat-plat dasar dan disusun oleh
atom-atom karbon C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi yang heksagon. Plat-plat ini bertumpuk satu sama lain membentuk kristal-kristal
dengan sisa-sisa hidrokarbon yang tertinggal pada permukaan. Dengan menghilangkan hidrokarbon tersebut melalui proses aktifasi, akan didapatkan
suatu arang atau karbon yang membentuk struktur jaringan yang sangat halus atau porous sehingga permukaan adsorpsi atau penyerapan yang besar dimana
luas permukaan adsorpsi dapat mencapai 300-3500 cm2gram.
Proses pembuatan arang aktif dibagi menjadi 2, yaitu : 1
Proses Kimia Bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian
dibuat padat. Selanjutnya padatan tersebut dibentuk menjadi batangan dan dikeringkan serta dipotong-potong. Aktifasi dilakukan pada temperatur
100°C. Arang aktif yang dihasilkan dicuci dengan air selanjutnya dikeringkan pada temperatur 300°C. Dengan proses kimia, bahan baku
dapat dikarbonisasi terlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahan- bahan kimia.
2 Proses Fisika
Bahan baku terlebih dahulu dibuat arang. Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktifasi dengan cara pemanasan pada
temperatur 1000°C yang disertai pengaliran uap.
Penyerapan Bahan - bahan Terlarut Dengan Arang Aktif
Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Untuk menghilangkan bahan-bahan terlarut dalam air, biasa menggunakan arang aktif dengan
mengubah sifat permukaan partikel karbon melalui proses oksidasi. Partikel ini akan menyerap bahan-bahan organik dan akan terakomulasi pada bidang
permukaannya. Pada umumnya ion organik dapat diturunkan dengan arang aktif.
Adsorpsi oleh arang aktif akan melepaskan gas, cairan dan zat padat dari larutan dimana kecepatan reaksi dan kesempurnaan pelepasan tergantung pada
pH, suhu, konsentrasi awal, ukuran molekul, berat molekul dan struktur molekul. Penyerapan terbesar adalah pada pH rendah. Dalam Laboratorium
Manual disebutkan bahwa pada umumnya kapasitas penyerapan arang aktif akan meningkat dengan turunnya pH dan suhu air. Pada pH rendah aktifitas
dari bahan larut dengan larutan meningkat sehingga bahan-bahan larut untuk tertahan pada arang aktif lebih rendah.
Proses adsorpsi arang aktif dapat digambarkan sebagai molekul yang meninggalkan zat pengencer yang terjadi pada permukaan zat padat melalui
ikatan kimia maupun fisika. Molekul tersebut digunakan sebagai adsorbat dan zat padat disebut adsorben arang aktif. Adapun adsorpsi yang terjadi pada
arang aktif dapat bersifat : 1. Adsorpsi Fisika
Adsorpsi fisika terjadi berdasarkan ikatan fisika antara zat-zat dengan arang aktif dalam keadaan suhu rendah dengan penyerapan relative kecil.
2. Adsorpsi Kimia Adsorpsi kimia terjadi berdasarkan ikatan kimia antara adsorben arang
aktif dengan zat-zat teradsopsi. Dijelaskan pula bahwa bahan dalam
larutan yang bersifat elektrolit akan diserap lebih efektif dalam suasana basa oleh arang aktif. Sedangkan bahan dalam larutan yang bersifat non
elektrolit penyerapan arang aktif tidak dipengaruhi oleh sifat keasaman atau sifat kebasaan larutan.
Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu:
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 struktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus
fungsi, ikatan rangkap, dan struktur rantai dari senyawa serapan.
Temperatur Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur
pada saat berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsorpsi adalah viskositas dan stabilitas 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.
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 apabila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan penambahan alkali, adsorpsi akan berkurang
sebagai akibat terbentuknya garam.
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.
Secara garis besar penyerapan arang aktif terhadap zat yang terlarut adalah: 1. Zat teradsorpsi berpindah dari larutannya menuju lapisan luar dari
adsorben arang. 2. Zat teradsorpsi diserap oleh permukaan arang aktif.
3. Zat teradsorpsi akhirnya diserap oleh permukaan dalam atau permukaan porous arang.
Adapun secara umum faktor yang menyebabkan adanya daya serap dari arang aktif adalah :
1. Adanya pori-pori mikro yang jumlahnya besar pada arang aktif sehingga menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan adanya daya serap.
2. Adanya permukaan yang luas 300 – 3500 cm2gram pada arang aktif sehingga mempunyai kemampuan daya serap yang besar.
Menurut SII No.0258-79, arang aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada tabel dibawah ini :
Tabel1. Spesifikasi karbon aktif JENIS
PERSYARATAN Bagian yang hilang pada pemanasan 950°C
Maks. 15 Air
Maks. 10 Abu
Maks. 2,5 Bagian yang tidak diperarang
Tidak nyata Daya serap terhadap larutan
Min. 20
b. Gel Silika