2 4
6 8
10 12
14 16
6 12
24 48
P e
n y
isi h
a n
Waktu kontak jam
Grafik Penentuan Waktu Seimbang
Gambar 4.1 Penentuan waktu seimbang Gambar di atas menunjukkan waktu keseimbangan terjadi pada waktu
kontak 24 – 48 jam. Menurut Eckenfelder 2000, adsorpsi dapat terjadi dengan
waktu seimbang selama 24 jam. Pada tabel 4.2 di atas penyisihan adsorpsi logam Fe pada waktu kontak 6 jam sebesar 1 dan pada waktu 24 jam sebesar 13,
terjadi selisih penyisihan sebesar 12 dengan rentang waktu kontak 18 jam. Hal ini menjelaskan pada awal waktu kontak gaya tarik menarik antara ion
– ion Fe dengan arang aktif masih sangat kuat, setelah itu penurunan konsentrasi
berlangsung sampai terjadi keseimbangan.
4.3 Analisis Fe dengan Media Karbon Aktif
Pada percobaan Batch ini menggunakan waktu kontak selama 24 jam, hal ini berdasarkan pada hasil uji pendahuluan dimana waktu keseimbangan terjadi
pada waktu kontak 24 jam. Berikut tabel penurunan konsentrasi dan efisiensi penyisihan Fe terhadap waktu dan massa adsorben yang digunakan.
Tabel 4.3 Penurunan konsentrasi dan penyisihan Fe
Konsentrasi mgL Penyisihan Konsentrasi mgL Penyisihan Konsentrasi mgL Penyisihan 4086,86
0,00 4086,86
0,00 4086,86
0,00 6
4054,23 0,80
3166,9 22,51
810,84 80,16
12 3733,89
8,64 1813,55
55,62 788,93
80,70 24
3535,59 13,49
1916,1 53,12
633,38 84,50
Massa Adsorben g 50
100 150
Waktu kontak jam
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa lamanya waktu kontak dan massa adsorben mempengaruhi konsentrasi akhir dan penyisihan logam Fe terlarut.
Grafik penurunan konsentrasi Fe dengan berjalannya waktu dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
500 1000
1500 2000
2500 3000
3500 4000
4500
6 12
18 24
C s
Fe m
g L
Waktu kontak jam
Grafik Penurunan Konsentrasi Fe Terhadap Waktu
50 g 100 g
150 g
Gambar 4.2 Penurunan konsentrasi Fe terhadap waktu Grafik di atas menggambarkan penurunan konsentrasi tertinggi
dipengaruhi massa adsorben. Massa adsorben 150 gram menghasilkan penyisihan di atas 80, dengan waktu kontak 6
– 12 jam terjadi penurunan konsentrasi sebesar 800
– 788 mgL dari konsentrasi awal 4086 mgL. Penurunan terjadi lagi pada waktu kontak sebesar 84 dengan konsentrasi akhir 633 mgL. Dari grafik
di atas juga diperoleh penyisihan penurunan konsentrasi logam Fe dengan massa 50 gram sebesar 13 dan 53 untuk massa adsorben 100 gram pada waktu
kontak optimum selama 24 jam.
4.4 Penentuan Isoterm
Data keseimbangan digambarkan dalam bentuk kurva isoterm adsorpsi ditunjukkan dengan suatu model adsorpsi. Dengan adanya suatu model dapat
dihitung nilai pendekatan jumlah zat yang mampu diserap oleh sejumlah masssa adsorben pada kondisi tertentu. Model umum untuk proses adsorpsi terdiri dari
tiga jenis model yaitu isoterm Freundlich, Langmuir dan BET.
4.4.1 Model Isoterm Freundlich
Model isoterm freundlich didapatkan dari persamaan isoterm Freundlich. xm = K
f
C
e 1n
19 Dengan K
f
dan n adalah suatu tetapan. K
f
merupakan konstanta yang menggambarkan kapasitas adsorspsi mgg adsorban dan n merupakan konstanta
yang mewakili intensitas adsorpsi. Nilai K yang lebih tinggi akan menunjukkan lebih besarnya gaya tarik menarik antara arang aktif dengan Fe maupun Sulfat dan
nilai n antara 1 hingga 10 menunjukkan sistem adsorpsi yang menguntungkan. Perhitungan tetapan Kf dan n dapat diperoleh dari logaritmik dengan membuat
kurva isoterm Freundlich antara log xm dan log C. Log xm = log Kf + 1n Log Ce
20 Tabel 4.4 Perhitungan isoterm Freundlich untuk parameter Fe
Massa adsorben Volume Co
Ce x = Co-Cel
q = xm Log Ce
Log q g
L mgL
mgL mg
mgg 50
3,5 4086,86 3535,39
1930,145 38,6029
3,55 1,586619932
100 3,5
4086,86 1916,1
7597,66 75,9766
3,28 1,880679855
150 3,5
4086,86 633,38
12087,18 80,5812
2,80 1,906233731
Penentuan isoterm Freundlich dilakukan dengan membuat grafik antara log Ce dan log q. Plot grafik menghasilkan persamaan garis y = a + bx. Plot grafik
dapat dilihat pada gambar berikut ini.
y = -0,383x + 3,020 R² = 0,666
0,5 1
1,5 2
2,5
2,00 2,50
3,00 3,50
4,00
lo g
q
Log Ce
Grafik isoterm Freundlich untuk parameter Fe
Gambar 4.3 Isoterm Freundlich untuk parameter Fe
Dari gambar grafik di atas dapat diketahui slope dan intercept sehingga harga k dan n pada persamaan Freundlich dapat diketahui. Y = -0,383x + 3,020
sehingga diperoleh nilai slope sebesar -0,383 dan intercept sebesar 3,020 dengan R
2
= 0,66. Nilai k merupakan hasil antilog dari intercept yaitu sebesar 1047,29. Nilai n merupakan 1slope yaitu -2,61.
xm = kf.Ce
1n
21 xm = 1047,29.Ce
1-2,61
22
4.4.2 Model Isoterm Langmuir
Model isoterm Langmuir didapatkan dari persamaan isoterm Langmuir. 23
Parameter a menunjukkan q
maks
sebagai kapasitas maksimum monolayer adsorben mgg adsorban, dan parameter b yang disebut konstanta afinitas
menunjukkan kekuatan ikatan molekul adsorbat pada permukaan adsorben 1g. Perhitungan tetapan a dan b dapat dibuat dengan membuat kurva isoterm antara
Ce xm dan Ce. Konsentrasi keseimbangan digunakan sebagai input data konsentrasi akhir adsorpsi C atau Ce.
24 y = a + bx
25 Berikut adalah tabel perhitungan isoterm Langmuir.
Tabel 4.5 Perhitungan isoterm Langmuir untuk parameter Fe
Massa adsorben Volume Co
Ce x = Co-Cel
q = xm Cexm
g L
mgL mgL
mg mgg
50 3,5
4086,86 3535,39
1930,145 38,6029
91,58 100
3,5 4086,86
1916,1 7597,66
75,9766 25,22
150 3,5
4086,86 633,38
12087,18 80,5812
7,86
Penentuan isoterm Langmuir untuk proses adsorpsi dilakukan dengan membuat grafik Cexm vs Ce. Plot grafik akan menghasilkan garis lurus dengan
kemiringan slope 1a dan intercept adalah 1ab. Sehingga harga a dan b pada persamaan Langmuir dapat diketahui. Nilai a merupakan 1slope dan nilai b
ditentukan dari nilai 1nilai a x intercept. Plot grafik seperti gambar dibawah ini.
y = 0,029x - 18,01 R² = 0,934
0,00 10,00
20,00 30,00
40,00 50,00
60,00 70,00
80,00 90,00
100,00
1000 2000
3000 4000
C e
x m
Ce
Grafik isoterm Langmuir untuk parameter Fe
Gambar 4.4 Isoterm Langmuir untuk parameter Fe
Pada gambar di atas terdapat persamaan garis y = 0,029x – 18,01 dengan
R
2
= 0,934 dengan slope sebesar 0,029 dan intercept sebesar -18,01. Dari nilai slope dan intercept ini dapat diketahui harga a dan b. Nilai a merupakan hasil dari
1slope yaitu 34,48 dan b ditentukan dari 134,48 x -18,01 yaitu -0,002.
26 27
28
4.4.3 Model Isoterm Brunauer – Eemmet – Teller BET
Model isoterm BET didapatkan dari persamaan BET. 29
q
m
menunjukkan kapasitas maksimum adsorben mgg adsorben, dan nilai k
b
sebagai konstanta afinitas yang menunjukkan kekuatan ikatan molekul adsorbat pada permukaan adsorben lg. Perhitungan tetapan q
m
dan k
b
dapat diperoleh dengan membuat kurva isoterm BET antara CeCo
– Ce.xm dan CeCo. Konsentrasi keseimbangan digunakan sebagai input data konsentrasi akhir
adsorpsi. 30
y = a + bx
31 Berikut adalah perhitungan serta grafik isoterm BET.
Tabel 4.6 Perhitungan isoterm BET untuk parameter Fe
Massa adsorben Volume Co
Ce x = Co-Cel
q = xm CeCo-Cexm
CeCo g
L mgL
mgL mg
mgg 50
3,5 4086,86
3535,39 1930,145
38,6029 247,48
0,865062664 100
3,5 4086,86
1916,1 7597,66
75,9766 67,06
0,468844051 150
3,5 4086,86
633,38 12087,18
80,5812 14,78
0,154979618
Penentuan isoterm BET untuk proses adsorpsi dilakukan dengan membuat kurva isoterm BET antara CeCo
– Ce.xm dan CeCo. Plot grafik akan menghasilkan persamaan y = a + bx. Dari persamaan tersebut dapat diketahui
slope dan intercept sehingga harga k
b
dan q
m
pada persamaan BET dapat
diketahui. Nilai k
b
merupakan hasil a dari persamaan 1k
b
.q
m
. Nilai q
m
merupakan hasil b dari persamaan k
b
-1k
b
.q
m
. Grafik persamaan isoterm BET dapat dilihat pada gambar berikut.
y = 333,1x - 55,58 R² = 0,943
-50,00 0,00
50,00 100,00
150,00 200,00
250,00 300,00
0,2 0,4
0,6 0,8
1
C e
C o
-C e
x m
CeCo
Grafik isoterm BET untuk parameter Fe
Gambar 4.5 Isoterm BET untuk parameter Fe
Dari gambar di atas terdapat persamaan y = 333,1x – 55,58 dengan R
2
= 0,943 dengan slope sebesar 333,1 dan intercept sebesar -55,58 sehingga harga k
b
dan q
m
pada persamaan BET dapat diketahui. Dari persamaan maka kb.qm = -0,002. Nilai ini disubstitusi pada persamaan
= 333,1 maka kb
– 1 = -5,99 sehingga nilai kb = -4,99. Nilai qm dipeoleh dari kb.qm = -0,002. Nilai qm = 0,0004. Dari nilai kb dan qm diperoleh persamaan :
32
33
34
4.5 Pemilihan Model Adsorpsi untuk Fe
Model isoterm adsorpsi untuk tiap massa adsorben ditentukan dengan melihat nilai koefisien determinasi R
2
pada persamaan adsorpsi. Nilai koefisien korelasi terbesar menunjukkan bahwa proses adsorpsi menggunakan adsorbat
tersebut sesuai dengan karakteristik asumsi. Semakin besar nilai koefisien korelasi menunjukkan bahwa terdapat korelasi yang signifikan antara jumlah adsorbat
yang diserap dengan massa adsorben. Berikut adalah tabel nilai koefisien korelasi dari masing - masing persamaan isoterm.
Tabel 4.7 Nilai korelasi isoterm adsorpsi untuk parameter Fe Isoterm Adsorpsi
R
2
Freundlich 0,666
Langmuir
0,934 BET
0,943
Tabel di atas menunjukkan bahwa nilai R
2
terbesar pada isoterm Brunauer – Emmet – Teller BET sebesar 0,943. Isoterm yang digunakan adalah isoterm
model BET. Model isoterm BET mendiskripsikan adsorbsi bersifat multilayer Metcalf, 2003. Selain itu asumsi pada model isoterm ini menjelaskan bahwa
molekul terserap tidak berpindah ke permukaan, entalpi adsorbsi konstan pada setiap molekul di setiap lapisan, semua molekul diluar lapisan pertama memiliki
energi yang sama untuk adsorbsi, dan untuk memulai pada lapisan yang lain sebelumnya tidak harus penuh.
4.6 Analisis Sulfat dengan Media Karbon Aktif
