Perlakuan Awal pada Adsorben Pasir Hitam Pengaruh Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi

28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perlakuan Awal pada Adsorben Pasir Hitam

Langkah pertama dilakukan pengeringan pasir hitam di bawah sinar matahari agar dapat dipisahkan berdasarkan ukuran yaitu 10 mesh, 20 mesh, dan 40 mesh. Setelah itu pasir hitam dicuci dengan aquadest untuk mendapatkan kodisi pH konstan yang sama pada tiap ukuran pasir hitam dan juga untuk menghilangkan zat- zat pengotor yang masih melekat pada pasir seperti debu, tanah, dan zat-zat organik maupun anorganik lainnya. Dari proses pencucian diperoleh bahwa untuk dapat menghilangkan kandungan zat-zat pengotor yang ada pada pasir hitam dibutuhkan 18 kali pencucian sampai pH pencucian menjadi konstan, yaitu pada pH 6,5. Setelah melakukan pencucian pasir hitam dengan berbagai ukuran 10 mesh, 20 mesh dan 40 mesh, kemudian dilakukan proses pengeringan dengan menggunakan oven pada suhu 60 o C. Pengeringan dilakukan pada semua ukuran pasir hitam hingga berat pasir hitam konstan sehingga diperoleh keseragaman massa adsorben.

4.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi

Penentuan kapasitas adsorpsi pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapa banyak jumlah ion logam Cd 2+ yang terjerap oleh adsorben pasir hitam. Hubungan yang menggambarkan antara jumlah ion teradsorpsi dengan adsorben adalah : � = � −� � � 4.1 � � = � −� � � � 4.2 � = � −� � 4.3 [6] Dimana : q e = massa logam teradsorpsi pada kesetimbangan mgg q t = massa logam teradsorpsi pada waktu t mgg R = persentase penghapusan logam Universitas Sumatera Utara 29 C = konsentrasi ion logam sebelum teradsorpsi mgL C e = konsentrasi ion logam setelah adsorpsi mgL C t = konsentrasi ion logam pada waktu t mgL V = volume larutan ion logam L W = jumlah adsorben, pasir hitam g

4.2.1 Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Jumlah Konsentrasi Terjerap mgg

Penentuan kapasitas adsorpsi Cd 2+ dengan variasi ukuran adsorben pasir hitam. Variasi ukuran yang digunakan adalah 10 mesh, 20 mesh dan 40 mesh. Pengaruh ukuran adsorben dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan pada Tabel A.4 Lampiran A. Gambar 4.1 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Ukuran Adsorben Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan Konsentrasi Cd 2+ 50 ppm Kapasitas adsorpsi pada adsorben ukuran 10 mesh pada t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,0977 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1328 mgg. Kapasitas adsorpsi pada adsorben ukuran 20 mesh pada t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1086 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1541 mgg. Kapasitas adsorpsi pada adsorben ukuran 40 mesh pada t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1182 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1686 mgg. 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 10 mesh 20 mesh 40 mesh qt m gm Ukuran Adsorben 2 jam 24 jam Universitas Sumatera Utara 30 Menurut Al-Anber 2011 [19], ukuran partikel yang lebih kecil akan mengurangi difusi internal dan batasan transfer massa adsorbat untuk masuk ke dalam adsorben, yaitu kesetimbangan lebih mudah dicapai dan kemampuan adsorpsi hampir penuh dapat dicapai. Efisiensi adsorpsi maksimum dicapai dengan ukuran partikel yang kecil, hal ini disebabkan sebagian besar permukaan internal partikel tersebut mungkin dimanfaatkan untuk adsorpsi. Ukuran partikel yang lebih kecil memberikan laju adsorpsi yang lebih tinggi, di mana zat yang akan diadsorpsi memiliki jalur yang pendek untuk berpindah ke dalam struktur pori-pori adsorben dengan ukuran partikel kecil. Menurut Harrigan 2013 [20], semakin kecil ukuran partikel maka semakin besar luas permukaannya. Ukuran adsorben 40 mesh memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih tinggi dari ukuran lainnya, hal ini karena adsorben 40 mesh memiliki luas permukaan yang lebih besar bila dibandingkan dengan luas permukaan adsorben berukuran 10 dan 20 mesh sehingga membuat proses penjerapan ion logam menjadi maksimal. Berdasarkan teori di atas dapat dikatakan penelitian ini sesuai dengan teori yang menyatakan daya jerap berbanding lurus dengan bertambahnya luas permukaan adsorben.

4.2.2 Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Jumlah Konsentrasi Terjerap mgg

Penentuan kapasitas adsorpsi Cd 2+ dengan variasi kecepatan pengadukan dengan menggunakan pasir hitam dengan ukuran 40 mesh. Variasi kecepatan yang digunakan adalah 100 rpm, 150 rpm dan 200 rpm. Pengaruh kecepatan pengadukan adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 4.2 dan pada Tabel A.5 Lampiran A. Gambar 4.2 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan Pengadukan pada Konsentrasi Cd 2+ 50 ppm dan Ukuran Adsorben 40 mesh 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 100 rpm 150 rpm 200 rpm q t m gg Kecepatan Pengadukan 2 jam 24 jam Universitas Sumatera Utara 31 Pada kecepatan pengadukan 100 rpm dari t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1063 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1248 mgg. Pada kecepatan pengadukan 150 rpm dari t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1314 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1561 mgg. Pada kecepatan pengadukan 200 rpm dari t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1720 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1832 mgg. Dari hasil analisis tersebut dapat diketahui bahwa kapasitas adsorpsi dari setiap variasi kecepatan pengadukan mengalami peningkatan dari waktu 2 jam sampai 24 jam dan dapat diketahui bahwa kapasitas adsorpsi semakin tinggi seiring bertambahnya kecepatan pengadukan. Kapasitas adsorpsi terbesar terdapat pada kecepatan pengadukan 200 rpm yaitu pada t 1 = 2 jam dan t max = 24 jam sebesar 0,1720 mgg dan 0,1832 mgg. Menurut Thambavani, dkk. 2014 [6], kapasitas penyerapan oleh adsorben meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan pengadukan dikarenakan konsentrasi ion yang ingin dijerap akan lebih tinggi disekitar permukaan adsorben. Kecepatan pengadukan yang lebih tinggi juga dapat mendorong perpindahan massa ion yang lebih baik dari sejumlah besar larutan ke permukaan adsorben. Akan tetapi kecepatan pengadukan yang terlalu cepat akan menyebabkan desorpsi sehingga kapasitas adsorpsi akan menurun, dimana pada kecepatan diatas 600 rpm tidak akan meningkatkan kapasitas penyerapan. Berdasarkan teori di atas dapat dikatakan penelitian ini sesuai dengan teori yang menyatakan kapasitas penyerapan meningkat seiring meningkatnya kecepatan pengadukan.

4.2.3 Pengaruh Variasi Konsentrasi Awal Terhadap Jumlah Konsentrasi Terjerap mgg

Penentuan kapasitas adsorpsi Cd 2+ dengan variasi konsentrasi ion logam dalam larutan dengan menggunakan pasir hitam dengan ukuran 40 mesh. Variasi konsentrasi yang digunakan adalah 30, 50 dan 70 ppm. Pengaruh konsentrasi larutan ion logam dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan pada Tabel A.5 Lampiran A. Universitas Sumatera Utara 32 Gambar 4.3 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Konsentrasi pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan Ukuran Adsorben 40 mesh Pada konsentrasi 30 ppm dari t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1072 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1159 mgg. Pada konsentrasi 50 ppm dari t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1314 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1561 mgg. Pada konsentrasi 70 ppm dari t = 0 menit hingga t 1 = 2 jam diperoleh kapasitas adsorpsi q t sebesar 0,1718 mgg kemudian pada t max = 24 jam diperoleh kapasitas maksimalnya q max sebesar 0,1965 mgg. Dari hasil analisis tersebut dapat diketahui bahwa dengan kondisi jumlah adsorben sama, kapasitas adsorpsi paling tinggi diperoleh pada saat konsentrasi larutan awal paling tinggi yaitu saat konsentrasi 70 ppm. Menurut Gupta dan Nayak 2011 [18], meningkatnya jumlah total ion logam yang dijerap dengan meningkatnya konsentrasi awal ion logam pada larutan dikarenakan lebih banyak ion logam yang tersedia pada larutan dengan konsentrasi ion logam yang lebih tinggi sehingga memungkinkan tersedianya gaya dorong yang lebih besar untuk ion logam dari larutan ke adsorben. Berdasarkan teori di atas dapat dikatakan penelitian ini sesuai dengan teori dikarenakan kapasitas penyerapan dan persentase adsorpsi meningkat seiring meningkatnya konsentrasi ion logam yang akan dijerap. 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 30 ppm 50 ppm 70 ppm q t m gg Konsentrasi Awal 2 jam 24 jam Universitas Sumatera Utara 33

4.3 Pengaruh Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi

Pengaruh waktu kontak optimum pada penelitian ini dilakukan dengan variasi waktu kontaknya adalah 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 180, 240, 300 dan 360 menit. Larutan Cd 2+ yang digunakan pada analisis optimasi waktu kontak ini adalah 50 ppm. Berat adsorben pasir hitam yang digunakan adalah 10 gram dengan ukuran adsorben 40 mesh. Dari data yang diperoleh dapat dibuat hubungan antara waktu kontak dengan konsentrasi ion Cd 2+ yang teradsorpsi dari larutan Cd, seperti yang disajikan pada Gambar 4.4. Gambar 4.4 Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 50 ppm pada Ukuran Adsorben 40 mesh serta Kecepatan Pengadukan 150 rpm Pada gambar 4.4 ditunjukkan bahwa kapasitas Cd 2+ yang teradsorpsi semakin besar dengan bertambahnya waktu kontak dan akan konstan pada waktu tertentu. Hal ini disebabkan semakin lama waktu interaksi adsorben dengan adsorbat menyebabkan peningkatan kadar Cd 2+ yang diadsorpsi dan akan konstan saat adsorben tidak dapat lagi mengadsorpsi. Kenaikan konsentrasi Cd 2+ yang teradsorpsi paling besar dan mencapai titik optimum adalah pada menit ke-360 dengan konsentrasi Cd 2+ yang teradsorpsi sebesar 24,6038 . Pada 5 menit pertama adsorpsi ion logam Cd 2+ adalah 7,7375 . Daya adsorpsi ion Cd 2+ semakin meningkat sampai pada waktu menit yaitu dengan besarnya konsentrasi Cd 2+ teradsorpsi 17,4300 , 19,9175, 21,2900 , 22,6625, 23,0913 , 23,5200, 23,6260 , 23,8430 , 24,0210 , 24,2634 dan 24,6038 . Setelah interaksi berlangsung 60 menit, adsorpsi ion logam Cd 2+ mendekati konstan, hal ini menunjukkan telah tercapainya keadaan kesetimbangan. Waktu kesetimbangan ditentukan untuk mengetahui kapan 5 10 15 20 25 30 100 200 300 400 R t menit Cd Universitas Sumatera Utara 34 suatu adsorben mengalami kejenuhan sehingga proses adsorpsi terhenti. Pada keadaan ini, kapasitas adsorpsi di permukaan pasir hitam telah jenuh dan telah tercapai kesetimbangan antara konsentrasi ion logam Cd 2+ dalam adsorben pasir hitam sehingga penyerapan pada waktu kontak diatas 360 menit menjadi konstan atau hampir sama. Menurut Gusain, dkk. 2013 [16], laju adsorpsi ion logam tinggi selama periode awal dan kemudian menurun hingga mencapai kesetimbangan. Tingginya laju adsorpsi ion logam dikaitkan dengan ketersediaan luas permukaan adsorben yang berlimpah pada saat awal adsorpsi. Lalu bagian untuk mengadsorpsi berkurang selama adsorpsi berlangsung. Banyaknya bagian serapan aktif yang tersedia pada permukaan adsorben adalah tetap, dan setiap bagian aktif hanya mengadsorpsi satu ion di monolayer, yang mana dibuktikan dengan kenaikan laju adsorpsi yang tajam di awal, lalu melambat dengan bertambahnya waktu disebabkan oleh meningkatnya persaingan antar ion logam yang tersisa di dalam larutan terhadap ketersediaan bagian aktif pada permukaan adsorben yang semakin menurun. Kinetika adsorpsi ini dilakukan untuk mengetahui laju adsorpsi dari suatu adsorben terhadap adsorbat dengan pengaruh waktu. Waktu kontak yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi dijadikan sebagai ukuran laju adsorpsi. Pada penelitian ini pengujian laju adsorpsi dilakukan 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 4.4 adalah model pseudo orde satu dan persamaan 4.5 adalah model pseudo orde dua tersebut berturut-turut dapat dilihat sebagai berikut [21]: � � = � � � � + � 4.4 � � � = � � + � 2 � 2 4.5 Dari data hasil eksperimen ditunjukkan bahwa hasil yang lebih baik diperoleh pada model pseudo orde dua dibandingkan pseudo orde satu berdasarkan pada nilai koefisien korelasi r 2 yang ditunjukkan pada Tabel 4.2. Koefisien korelasi tersebut diperoleh dengan cara melakukan plot data kapasitas adsorpsi q t terhadap waktu Universitas Sumatera Utara 35 dengan menggunakan persamaan di atas, sehingga diperoleh grafik seperti pada