Penentuan Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi

43 tinggi dibandingkan Cu +2 . Meskipun kenyataannya, perbedaan kapasitas adsorpsi yang paling besar terdapat pada perbandingan konsentrasi 40:20 ppm; Cd +2 Cu +2 dan faktor separasi sebesar 2,3412. Hal ini dapat dipengaruhi oleh sifat-sifat dasar dari masing- masing ion terkait dengan proses adsorpsi. Jika dilihat dari jari- jari atom μm kedua ion, logam Cd +2 dan Cu +2 yaitu berturut-turut 0,151 dan 0,128. Hal ini menunjukkan bahwa atom Cd lebih mudah melepaskan elektron terluarnya dibandingkan dengan Cu, sehingga lebih mudah bereaksi dengan permukaan adsorben. Selain itu, ditinjau dari nilai elektronegatifitas kecenderungan bersifat negatif, keelektronegatifan skala Pauling Cd dan Cu yaitu berturut-turut 1,69 dan 1,9. Maka Cu lebih bersifat negatif dibandingkan Cd. Sehingga Cd lebih mudah berinteraksi dengan permukaan adsorben karena bermuatan negatif gugus OH - . Liuchun dkk. 2010 juga berpendapat bahwa atom Cd +2 lebih mudah terserap pada senyawa organik atau jaringan hidup dibandingkan Cu +2 [58].

4.5 Penentuan Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi

Waktu kontak merupakan lamanya waktu kontak antara adsorben batang jagung dengan adsorbat ion Cd +2 dan Cu +2 secara optimum dan untuk mengetahui kinetika adsorpsinya. Makin cepat periode kesetimbangan tercapai makin baik adsorben untuk digunakan dari sudut pandang waktu yang diperlukan. Batang jagung dapat mengadsorpsi ion logam Cd +2 dan Cu +2 secara optimum. Pada penelitian ini variasi waktu kontaknya adalah 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 180, 240 dan 300 menit. Larutan Cd +2 dan Cu +2 yang digunakan pada analisis optimasi waktu kontak ini adalah 50 ppm yang telah dibuat sendiri dan telah dianalisis menggunakan alat AAS Atomic Adsorption Spectroscopy dan berat adsorben batang jagung yang digunakan adalah 1 gram dengan bentuk adsorben yaitu 70 mesh. Hubungan antara waktu kontak dengan konsentrasi ion Cd +2 dan Cu +2 yang teradsorpsi disajikan pada Tabel A.5 sampai A7 Lampiran A dan Gambar 4.11 sampai Gambar 4.13. 44 Gambar 4.11 Grafik Optimasi waktu kontak pada penyerapan ion logam Cd +2 dalam larutan oleh Adsorben batang jagung Gambar 4.12 Grafik Optimasi waktu kontak pada penyerapan ion logam Cu +2 dalam larutan oleh Adsorben batang jagung 10 20 30 40 40 80 120 160 200 240 280 320 q t p p m Waktu Menit Kinetika Adsorpsi Cd +2 Cd 10 20 30 40 40 80 120 160 200 240 280 320 q t p p m Waktu Menit Kinetika Adsorpsi Cu +2 Cu 45 Gambar 4.13 Grafik Optimasi waktu kontak pada penyerapan ion logam Cu +2 :Cd +2 30:30 ppm dalam larutan biner oleh Adsorben batang jagung Grafik di atas menunjukkan bahwa Cd +2 dan Cu +2 yang teradsorpsi semakin besar dengan bertambahnya waktu kontak. Hal ini disebabkan semakin lama waktu interaksi adsorben dengan adsorbat menyebabkan peningkatan kemampuan adsorpsi batang jagung. Menurut putranto., dkk 2014 [53], untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi maka diperlukan waktu kontak yang cukup antara adsorbat dengan adsorben. Dari gambar 4.11 dapat dilihat naiknya konsentrasi Cd +2 yang teradsorpsi paling besar dan mencapai titik optimum adalah pada menit ke-300 dengan konsentrasi Cd +2 yang teradsorpsi sebesar 34,14 . Pada 10 menit pertama adsorpsi ion logam Cd +2 adalah 3,975 . Pada awal penyerapan, permukaan adsorben sedikit menyerap ion Cd +2 sehingga proses penyerapan belum efektif. Daya adsorpsi ion Cd +2 semakin meningkat sampai pada waktu 300 menit yaitu dengan besarnya konsentrasi Cd +2 teradsorpsi 34,14 . Setelah interaksi berlangsung 300 menit, adsorpsi ion logam Cd +2 oleh batang jagung mendekati konstan, hal ini menunjukkan telah tercapainya keadaan kesetimbangan. Dari gambar 4.12 dapat dilihat naiknya konsentrasi Cu +2 yang teradsorpsi paling besar dan mencapai titik optimum adalah pada menit ke-300 dengan konsentrasi Cu +2 yang teradsorpsi sebesar 31,14 . Pada 10 menit pertama adsorpsi ion logam C u +2 adalah 2,798 . Pada awal penyerapan, permukaan adsorben sedikit menyerap ion Cu +2 sehingga proses penyerapan belum efektif. Daya adsorpsi ion Cu +2 semakin meningkat sampai pada waktu 300 menit yaitu dengan besarnya konsentrasi Cu +2 teradsorpsi 31,14 . Setelah 5 10 15 20 25 40 80 120 160 200 240 280 320 R Waktu Menit Cd Cu Total 46 interaksi berlangsung 300 menit, adsorpsi ion logam Cu +2 oleh batang jagung mendekati konstan, hal ini menunjukkan telah tercapainya keadaan kesetimbangan. Waktu kesetimbangan ditentukan untuk mengetahui kapan suatu adsorben mengalami kejenuhan sehingga proses adsorpsi terhenti. Pada keadaan ini, kapsitas adsorpsi permukaan batang jagung telah jenuh dan telah tercapai kesetimbangan antara konsentrasi ion logam Cd +2 dan Cu +2 dalam adsorben batang jagung sehingga penyerapan pada waktu kontak di atas 300 menit menjadi konstan atau hampir sama. Dalam proses adsorpsi bahwa adsorpsi terjadi pada dua tahap yaitu tahap awal terjadi secara cepat kemudian tahap kedua perlahan- lahan kapasitas adsorpsi menurun dikarenakan zat yang teradsorpsi ke dalam adsorben mengalami kejenuhan sehingga adsorben tidak dapat lagi mengadsorpsi zat tersebut [24]. Jika ditinjau berdasarkan perbandingan konsentrasi logam Cd +2 Cu +2 30:30 ppm Grafik 4.13, maka diperoleh pada kapasitas total mengalami peningkatan yang sedikit pada selang waktu t = 0 menit hingga t 1 = 10 menit yaitu dari q = 0 menjadi q 1 = 4,967 . Setelah menit berikutnya, yaitu t 2 = 20 menit perubahan meningkat yaitu diperoleh q 2 = 7,446 . Hingga dicapai kesetimbangan pada t 10 = 300 menit dengan nilai q 10 = 23,167 . Dari hasil analisis yang dilakukan, pengaruh kapasitas adsorpsi terhadap waktu cenderung memiliki bentuk atau model yang sama. Salah satu yang mempengaruhi laju adsorpsi perubahan kapasitas adsorpsi adalah permukaan adsorben. Pada waktu awal proses adsorpsi, permukaan adsorben masih terbebas dari ikatan ion logam. Peluang ion logam untuk berinteraksi dengan permukaan adsorben masih sangat besar sehingga perubahan kapasitas adsorpsi pada waktu awal ditemukan cukup besar. Namun, seiring bertambahnya waktu, perubahan kapasitas tersebut akan menurun. Hal ini diduga karena situs aktif pada adsorben batang jagung telah jenuh oleh ion logam dimana pada waktu 300 menit tersebut proses adsorpsi sudah mulai mencapai kesetimbangan sehingga peluang untuk terjadinya ikatan antara kedua logam Cd +2 dan Cu +2 pada permukaan atau pori- pori adsorben menjadi kecil, karena setelah tercapainya kesetimbangan adsorpsi, akan mengalami kestabilan persentasi penyerapan. Hal ini disebabkan sudah terpenuhinya gugus aktif permukaan adsorben. Hal ini sependapat dengan 47 penelitian yang dilakukan oleh S. Vafakhah 2014, dimana peningkatan kapasitas adsorpsi berlangsung cepat pada waktu awal proses adsorpsi dan memiliki laju adsorpsi maksimum [3]. Kinetika adsorpsi digunakan untuk mengetahui laju adsorpsi yang terjadi pada adsorben terhadap adsorbat dan dipengaruhi oleh waktu. Waktu kontak yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi dijadikan sebagai ukuran laju adsorpsi. Pada penelitian ini pengujian laju adsorpsi dilakuka n dengan menduga orde reaksinya. Orde reaksi laju suatu reaksi kimia atau proses kimia diartikan sebagai kecepatan terjadinya suatu reaksi. Dalam penelitian ini, data kinetika adsorsi diperoleh secara empiris dengan menggunakan model pseudo orde satu dan pseudo orde dua. Persamaan pseudo orde satu dan orde dua tersebut berturut- turut dapat dilihat sebagai berikut : 1 = + 1 4.4 [23] = + 1 2 2 4.5 [31,41] Gambar 4.14 Grafik Kinetika Adsorpsi Cd +2 Orde 1 y = 47,39x + 0,267 R² = 0,986 1 2 3 4 5 6 0,000 0,050 0,100 0,150 1 q t g m g 1t min -1 Pseudo Orde Satu Cd Linea r Cd 48 Gambar 4.15 Grafik Kinetika Adsorpsi Cd +2 Orde 2 Gambar 4.16 Grafik Kinetika Adsorpsi Cu +2 Orde 1 y = 0,446x + 33,70 R² = 0,961 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 40 80 120 160 200 240 280 320 t q t g .s m g t min Pseudo Orde Dua Cd Linea r Cd y = 71,54x + 0,360 R² = 0,975 1 2 3 4 5 6 7 8 0,000 0,050 0,100 0,150 1 q t g m g 1t min -1 Pseudo Orde Satu Cu Linea r Cu 49 Gambar 4.17 Grafik Kinetika Adsorpsi Cu +2 Orde 2 Dari hasil perhitungan teoritis, nilai koefisien korelasi r 2 orde satu lebih mendekati angka satu 1 dibandingkan dengan orde dua. Persamaan orde satu memiliki nilai r 2 = 0,986 dan persamaan orde dua memiliki nilai r 2 =0,961 untuk logam Cd +2 dan persamaan orde satu memiliki nilai r 2 = 0,975 dan persamaan orde dua memiliki nilai r 2 =0,775 untuk logam Cu +2 . Ini menunjukkan bahwa pemodelan pseudo orde satu menjadikan data adsorpsi lebih presentatif. Model kinetika pseudo orde 1 digunakan untuk mendeskripsikan kesetimbangan reversibel antara fasa cair adsorbat dan padat adsorben [59]. Hal ini menyatakan bahwa, semakin lama waktu kontak antara adsorben dengan adsorbat maka jumlah ion teradsorpsi semakin besar. y = 0,358x + 66,85 R² = 0,775 50 100 150 200 250 40 80 120 160 200 240 280 320 t q t g .s m g t min Pseudo Orde Dua Cu Linea r Cu 50 Gambar 4.18 Grafik Kinetika Adsorpsi Larutan Biner Cd +2 : Cu +2 30:30 ppm Orde 1 Gambar 4.19 Grafik Kinetika Adsorpsi Larutan Biner Cd +2 : Cu +2 30:30 ppm Orde 2 Dari hasil perhitungan teoritis, nilai koefisien korelasi r 2 orde dua lebih mendekati angka satu 1 dibandingkan dengan orde satu. Pada konsentrasi C o Cd +2 Cu +2 30:30 ppm, persamaan orde satu memiliki nilai r 2 = 0,978 dan persamaan orde dua memiliki nilai r 2 = 0,989. Ini menunjukkan bahwa pemodelan pseudo orde dua menjadikan data adsorpsi lebih presentatif. Jika pemodelan ini y = 103,1x + 2,436 R² = 0,966 y = 126,6x + 2,698 R² = 0,978 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0,000,010,020,030,040,050,060,070,080,090,10 1qt gmg 1t min -1 Pseudo Orde 1 30:30 ppm Cd Cu Linear Cd Linear Cu y = 2,175x + 117,2 R² = 0,989 y = 2,766x + 114,8 R² = 0,985 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 40 80 120 160 200 240 280 320 tq g.minmg t min Pseudo Orde 2 30:30 ppm Cd Cu Linear Cd Linear Cu 51 sesuai dengan percobaan, maka mekanisme adsorpsi melibatkan reaksi kimia chemisorption antara adsorbat dan adsorben [23]. 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 adsorben akan terbentuk suatu lapisan, di mana terbentuknya lapisan tersebut akan menghambat proses penyerapan selanjutnya sehingga efektifitasnya berkurang [57]. Sifat nonlinier yang ditunjukkan oleh persamaan kinetika adsorpsi mengindikasikan bahwa kompetisi adsorpsi yang terjadi antara logam Cd +2 dan Cu +2 berhubungan dengan sisi aktif adsorben.

4.6 Penentuan Kinetika Difusi