Uji Daya Serap Kristobalit Alam Jaboi Sabang Nangrroe Aceh Darussalam Terhadap Ion Logam Fe3+
Jurnal Sains Kimia Vol.8, No.1, 2004: 8-11
UJI DAYA SERAP KRISTOBALIT ALAM JABOI SABANG NANGRROE ACEH DARUSSALAM TERHADAP ION LOGAM Fe3+
Khairi, Rahmi Dan Mawaddah Jurusan Kimia FMIPA
Universitas Syiah Kuala Jl. Darussalam Banda Aceh 23111
Abstrak
Telah dilakukan penelitian uji daya serap kristobalit alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam terhadap ion Fe3+. Proses adsorpsi dilakukan menggunakan metode batch dan kadar ion Fe3+ yang terserap pada semua variabel diukur dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Kemampuan kristobalit mengadsorpsi ion Fe3+ diuji pada beberapa variabel yaitu waktu kontak, pH adsorbat dan konsentrasi adsorbat. Hasil penelitian menunjukkan kondisi optimum adsorpsi ion Fe3+ terjadi pada waktu kontak 7 menit, pH = 6 dan konsentrasi adsorbat 30 ppm dengan efisiensi 99,73 %. Kapasitas serapan maksimum ion Fe3+ adalah 2,70 mg/gram dan nilai konstanta kesetimbangan 270,24.
Kata Kunci : Ion Fe3+, Spektrofotometer Serapan Atom, Kristobalit.
PENDAHULUAN
Kristobalit adalah batuan mineral
dengan kerangka utama SiO2, sistem kristal tetragonal dan struktur kerangka
kristal tiga dimensi (Gallerles, 1996).
Sedangkan zeolit adalah batuan mineral dengan kerangka utama (SiO4)4- dan (AlO4)4-, sistem kristal tetrahedral dan struktur kerangkanya juga tiga dimensi.
Dari uraian di atas, ada kesamaan
struktur kerangka yang dimiliki antara
kristobalit dengan zeolit, yaitu kerangka
tiga dimensi. Akibatnya, kristobalit
mempunyai sifat kimia yang sama dengan
zeolit (Cotton, 1989).
Proses adsorpsi pada zeolit adalah
adsorpsi fisik, dimana
proses
penyerapannya
disebabkan adanya
porositas, interaksi pemutusan dan
pembentukan ikatan pada suhu tinggi
8
(Sukarjo, 1987). Karena zeolit mempunyai sifat kimia yang sama dengan zeolit, maka proses adsorbsi yang terjadi pada kristobalit sama seperti pada zeolit.
Menurut Sialagan (2001) batubatuan di pegunungan Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam adalah kristobalit dengan kandungan utama SiO2 85% dan dapat menyerap ion amonium (NH4)+ sebesar 86,18%. Ion ammonium adalah ion bermuatan positip (kation).
Berdasarkan uraian di atas, penulis ingin mengetahui sejauh mana kristobalit dapat mengadsorbsi ion bermuatan positip lainnya. Dalam penelitian ini akan dilakukan adsorbsi kristobalit terhadap ion besi dengan metoda Spektrofotometer Serapan Atom (SSA).
Uji daya serap kristobalit Alam Jaboi Sabang terhadap ion logam Fe3+ (Khairi)
BAHAN DAN METODA
Pengambilan sampel Sampel diambil dari pegunungan Jaboi
Sabang Nanggroe Aceh Darussalam dengan ukuran 250 mesh.
Pengaktifan kristobalit
Kristobalit
yang telah dicuci,
dikeringkan, digiling dan diayak dengan
ukuran 250 mesh. Kristobalit yang telah
halus diambil 25 g, ditambah 100 mL HCl
10%, dan dipanaskan sampai temperatur
110oC. Selanjutnya kristobalit yang telah
aktif, dicuci dengan aquades panas sampai
pH netral. Kristobalit disaring dan
dikeringkan dalam oven pada temperatur
110oC selama 3 jam (Crittenden, 1988).
Penentuan waktu kontak optimum
Ditimbang 2,5 g kristobalit yang telah diaktifkan, dan dimasukkan ke dalam gelas erlenmeyer 250 mL, kemudian ditambahkan 25 mL larutan standar ion Fe3+ dengan konsentrasi 5 ppm. Campuran diaduk dengan magnetic strirer selama 1 menit, kemudian campuran disaring dan konsentrasi ion Fe3+ pada filtrat diukur dengan spektrofotometer serapan atom. Perlakuan diulang untuk waktu kontak 2 sampai 10 menit.
Variasi pH adsorbat
Ditimbang 2,5 g kristobalit yang telah diaktifkan dan dimasukkan ke dalam gelas erlenmeyer 250 mL, kemudian ditambahkan 25 mL larutan standar ion Fe3+ dengan konsentrasi 5 ppm pada pH 3. Campuran diaduk selama waktu kontak optimum kemudian campuran disaring dan konsentrasi ion Fe3+ pada filtrat diukur dengan spektrofotometer serapan atom. Perlakuan diulang untuk pH 4 sampai 9.
Variasi konsentrasi adsorbat
Ditimbang 2,5 g kristobalit yang telah diaktifkan dan dimasukkan ke dalam larutan standar ion Fe3+ dengan variasi konsentrasi 5 sampai 40 ppm. Campuran diaduk dengan magnetic stirrer pada waktu dan pH optimum. Konsentrasi ion Fe3+ pada filtrat diukur dengan spektrofotometer serapan atom.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaktifan Kristobalit Kristobalit yang digunakan untuk
adsorpsi ion Fe3+ adalah kristobalit ukuran 250 mesh yang diaktifkan dengan HCl 10 %. Tujuan pengaktifan adalah agar daya serap kristobalit dapat meningkat. Daya serap kristobalit disebabkan oleh adanya ketidakseimbangan muatan listrik dan adanya pertukaran ion (Munaf, 1997).
Penentuan Daya Serap Kristobalit
Penentuan waktu kontak optimum
Waktu kontak ion Fe3+ dengan kristobalit dilakukan antara 1 sampai 10 menit. Waktu kontak optimumnya adalah 7 menit, konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi 2,12 ppm dengan persen adsorpsi 42,49 %. Uraiannya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi pada setiap waktu kontak
Waktu Kontak (menit)
1 2 3 4 5 6
Konsentrasi ion Fe3+
Teradsorpsi (ppm)
1,90 2,08 2,05 1,95 1,95 1,93
Persen Efisiensi Adsorpsi
(%)
38,10 41,60 41,12 39,11 39,05 38,69
9
Jurnal Sains Kimia Vol.8, No.1, 2004: 8-11
7 2,12 42,49 8 2,05 41,01 9 1,90 38,10 10 1,81 36,38
Setelah 7 menit ion Fe3+ yang teradsorpsi akan menurun, hal ini disebabkan ion Fe3+ yang teradsorpsi terlepas kembali. Hal ini disebabkan, terjadinya adsorpsi fisika yang bersifat reversibel (Khopkar, 1990).
Pengaruh pH adsorbat
Pengaruh pH larutan ion Fe3+ (adsorbat) divariasikan antara 3 sampai 9, dan uraiannya dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi pada variasi pH
Konsentrasi
pH
ion Fe Teradsorpsi
Persen Efisiensi Adsorpsi (%)
(ppm)
3 4,57
91,51
4 4,76
95,35
5 4,80
96,09
6 4,84
96,97
7 4,74
94,98
8 4,68
93,72
9 4,54
90,99
Larutan yang terlalu asam akan mempengaruhi kemampuan adsorpsi, karena ion H+ akan menghalangi ion Fe3+ untuk berinteraksi dengan sisi aktif kristobalit. Hal ini disebabkan, ion H+ akan menghalangi proses pertukaran kation antara ion Fe3+ dengan ion Na+ dan Ca2+ pada kristobalit (Sari, 2003). pH optimum adsorbat adalah 6, konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorbsi 4,84 ppm dengan persen adsorpsi 96,97 %. Jadi semakin tinggi pH asam, maka larutan adsorbat yang teradsorbsi semakin besar. Tetapi pada pH yang lebih tinggi dari pH 6 konsentrasi ion besi yang teradsorbasi turun, hal ini disebabkan terbentuknya
ikatan antara ion OH- dengan Fe3+ membentuk endapan Fe(OH)3.
Pengaruh variasi konsentrasi adsorbat
Proses adsorpsi ion Fe3+ pada
kristobalit
dilakukan
dengan
memvariasikan konsentrasi ion Fe3+ dari 5
sampai 40 ppm. Hasil yang diperoleh
terdapat pada Tabel 3.
Tabel 3. Konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi pada variasi konsentrasi larutan Fe3+
Konsentrasi (ppm)
5 10 15 20 25 30 35 40
Konsentrasi Teradsorpsi
(ppm)
4,86 9,91 14,80 19,92 24,74 29,92 34,87 39,81
Persen Efisiensi adsorpsi
(%)
97,30 98,11 98,72 99,62 98,99 99,73 99,65 99,53
Data penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi ion Fe3+, maka jumlah ion yang teradsorpsi dan efisiensi adsorpsinya juga semakin besar. Khopkar (1990) mengatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi adsorbat maka jumlah zat yang terserap semakin banyak. Hal ini sesuai dengan data yang diperoleh, yaitu konsentrasi adsorbat optimum ion Fe3+ adalah 30 ppm, tetapi pada konsentrasi yang lebih tinggi, jumlah ion Fe3+ yang teradsorpsi akan menurun.
Kapasitas penyerapan maksimum (Qmaks) dari ion Fe3+ oleh kristobalit diperoleh dari persamaan adsorpsi isoterm Langmuir dengan memplotkan 1/C terhadap1/Q sehingga diperoleh garis linier. Berdasarkan kurva isoterm Langmuir diperoleh kapasitas serapan maksimum (Qmaks) ion Fe3+ sebesar 2,70
10
Uji daya serap kristobalit Alam Jaboi Sabang terhadap ion logam Fe3+ (Khairi)
mg/gram,
dengan
kesetimbangan 270,24.
konstanta
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini diperoleh
• Kristobalit alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam dapat digunakan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi ion Fe3+.
• Kondisi optimum adsorpsi ion Fe3+ oleh kristobalit alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam adalah waktu kontak 7 menit, pH 6 dan konsentrasi adsorbat 30 ppm, efisiensi adsorpsi 99,73%, kapasitas serapan maksimum (Qmaks) isoterm Langmuir 2,70 mg/gram dan (konstanta kesetimbangan) adalah 270,24.
DAFTAR PUSTAKA
Cotton and Wilkinson, 1989., “Inorganic Chemistry”, University Collage.
Crittenden, 1988., “Activited Carbon For Water Treatment”, Journal of Chemical Education, Adsorption of. P- Nitrophenol from Bilete Aqueous Solution, The University Of Michigen.
Gallerles. A., 1996., “The Mineral Cristobalite”, http://www.Kompas.com/Kompascetak/0301/01/IPTEK/60157. htm.
Khopkar, 1990., “Konsep Dasar Kimia Analitik”, UI-Press, Jakarta.
Munaf. E and Zein. R. 1997., The Use of Rice Husk for Removal of Toxic Metals from Waste, “J. Environ, Sci Technol”, 18:359362.
Sari. I. R. M. 2003., “Uji Daya Serap Kristobalit Alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam Terhadap Ion Cd2+”, FMIPA, Unsyiah, NAD.
Sialagan A. 2001., “Study Pendahuluan Batuan Kristobalit Alam Jaboi Kotamadya Sabang”, FMIPA, Unsyiah, NAD.
Sukarjo, 1987., “Kimia Anorganik”, Penerbit Rineka Cipta, Jakarta.
11
UJI DAYA SERAP KRISTOBALIT ALAM JABOI SABANG NANGRROE ACEH DARUSSALAM TERHADAP ION LOGAM Fe3+
Khairi, Rahmi Dan Mawaddah Jurusan Kimia FMIPA
Universitas Syiah Kuala Jl. Darussalam Banda Aceh 23111
Abstrak
Telah dilakukan penelitian uji daya serap kristobalit alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam terhadap ion Fe3+. Proses adsorpsi dilakukan menggunakan metode batch dan kadar ion Fe3+ yang terserap pada semua variabel diukur dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Kemampuan kristobalit mengadsorpsi ion Fe3+ diuji pada beberapa variabel yaitu waktu kontak, pH adsorbat dan konsentrasi adsorbat. Hasil penelitian menunjukkan kondisi optimum adsorpsi ion Fe3+ terjadi pada waktu kontak 7 menit, pH = 6 dan konsentrasi adsorbat 30 ppm dengan efisiensi 99,73 %. Kapasitas serapan maksimum ion Fe3+ adalah 2,70 mg/gram dan nilai konstanta kesetimbangan 270,24.
Kata Kunci : Ion Fe3+, Spektrofotometer Serapan Atom, Kristobalit.
PENDAHULUAN
Kristobalit adalah batuan mineral
dengan kerangka utama SiO2, sistem kristal tetragonal dan struktur kerangka
kristal tiga dimensi (Gallerles, 1996).
Sedangkan zeolit adalah batuan mineral dengan kerangka utama (SiO4)4- dan (AlO4)4-, sistem kristal tetrahedral dan struktur kerangkanya juga tiga dimensi.
Dari uraian di atas, ada kesamaan
struktur kerangka yang dimiliki antara
kristobalit dengan zeolit, yaitu kerangka
tiga dimensi. Akibatnya, kristobalit
mempunyai sifat kimia yang sama dengan
zeolit (Cotton, 1989).
Proses adsorpsi pada zeolit adalah
adsorpsi fisik, dimana
proses
penyerapannya
disebabkan adanya
porositas, interaksi pemutusan dan
pembentukan ikatan pada suhu tinggi
8
(Sukarjo, 1987). Karena zeolit mempunyai sifat kimia yang sama dengan zeolit, maka proses adsorbsi yang terjadi pada kristobalit sama seperti pada zeolit.
Menurut Sialagan (2001) batubatuan di pegunungan Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam adalah kristobalit dengan kandungan utama SiO2 85% dan dapat menyerap ion amonium (NH4)+ sebesar 86,18%. Ion ammonium adalah ion bermuatan positip (kation).
Berdasarkan uraian di atas, penulis ingin mengetahui sejauh mana kristobalit dapat mengadsorbsi ion bermuatan positip lainnya. Dalam penelitian ini akan dilakukan adsorbsi kristobalit terhadap ion besi dengan metoda Spektrofotometer Serapan Atom (SSA).
Uji daya serap kristobalit Alam Jaboi Sabang terhadap ion logam Fe3+ (Khairi)
BAHAN DAN METODA
Pengambilan sampel Sampel diambil dari pegunungan Jaboi
Sabang Nanggroe Aceh Darussalam dengan ukuran 250 mesh.
Pengaktifan kristobalit
Kristobalit
yang telah dicuci,
dikeringkan, digiling dan diayak dengan
ukuran 250 mesh. Kristobalit yang telah
halus diambil 25 g, ditambah 100 mL HCl
10%, dan dipanaskan sampai temperatur
110oC. Selanjutnya kristobalit yang telah
aktif, dicuci dengan aquades panas sampai
pH netral. Kristobalit disaring dan
dikeringkan dalam oven pada temperatur
110oC selama 3 jam (Crittenden, 1988).
Penentuan waktu kontak optimum
Ditimbang 2,5 g kristobalit yang telah diaktifkan, dan dimasukkan ke dalam gelas erlenmeyer 250 mL, kemudian ditambahkan 25 mL larutan standar ion Fe3+ dengan konsentrasi 5 ppm. Campuran diaduk dengan magnetic strirer selama 1 menit, kemudian campuran disaring dan konsentrasi ion Fe3+ pada filtrat diukur dengan spektrofotometer serapan atom. Perlakuan diulang untuk waktu kontak 2 sampai 10 menit.
Variasi pH adsorbat
Ditimbang 2,5 g kristobalit yang telah diaktifkan dan dimasukkan ke dalam gelas erlenmeyer 250 mL, kemudian ditambahkan 25 mL larutan standar ion Fe3+ dengan konsentrasi 5 ppm pada pH 3. Campuran diaduk selama waktu kontak optimum kemudian campuran disaring dan konsentrasi ion Fe3+ pada filtrat diukur dengan spektrofotometer serapan atom. Perlakuan diulang untuk pH 4 sampai 9.
Variasi konsentrasi adsorbat
Ditimbang 2,5 g kristobalit yang telah diaktifkan dan dimasukkan ke dalam larutan standar ion Fe3+ dengan variasi konsentrasi 5 sampai 40 ppm. Campuran diaduk dengan magnetic stirrer pada waktu dan pH optimum. Konsentrasi ion Fe3+ pada filtrat diukur dengan spektrofotometer serapan atom.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaktifan Kristobalit Kristobalit yang digunakan untuk
adsorpsi ion Fe3+ adalah kristobalit ukuran 250 mesh yang diaktifkan dengan HCl 10 %. Tujuan pengaktifan adalah agar daya serap kristobalit dapat meningkat. Daya serap kristobalit disebabkan oleh adanya ketidakseimbangan muatan listrik dan adanya pertukaran ion (Munaf, 1997).
Penentuan Daya Serap Kristobalit
Penentuan waktu kontak optimum
Waktu kontak ion Fe3+ dengan kristobalit dilakukan antara 1 sampai 10 menit. Waktu kontak optimumnya adalah 7 menit, konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi 2,12 ppm dengan persen adsorpsi 42,49 %. Uraiannya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi pada setiap waktu kontak
Waktu Kontak (menit)
1 2 3 4 5 6
Konsentrasi ion Fe3+
Teradsorpsi (ppm)
1,90 2,08 2,05 1,95 1,95 1,93
Persen Efisiensi Adsorpsi
(%)
38,10 41,60 41,12 39,11 39,05 38,69
9
Jurnal Sains Kimia Vol.8, No.1, 2004: 8-11
7 2,12 42,49 8 2,05 41,01 9 1,90 38,10 10 1,81 36,38
Setelah 7 menit ion Fe3+ yang teradsorpsi akan menurun, hal ini disebabkan ion Fe3+ yang teradsorpsi terlepas kembali. Hal ini disebabkan, terjadinya adsorpsi fisika yang bersifat reversibel (Khopkar, 1990).
Pengaruh pH adsorbat
Pengaruh pH larutan ion Fe3+ (adsorbat) divariasikan antara 3 sampai 9, dan uraiannya dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi pada variasi pH
Konsentrasi
pH
ion Fe Teradsorpsi
Persen Efisiensi Adsorpsi (%)
(ppm)
3 4,57
91,51
4 4,76
95,35
5 4,80
96,09
6 4,84
96,97
7 4,74
94,98
8 4,68
93,72
9 4,54
90,99
Larutan yang terlalu asam akan mempengaruhi kemampuan adsorpsi, karena ion H+ akan menghalangi ion Fe3+ untuk berinteraksi dengan sisi aktif kristobalit. Hal ini disebabkan, ion H+ akan menghalangi proses pertukaran kation antara ion Fe3+ dengan ion Na+ dan Ca2+ pada kristobalit (Sari, 2003). pH optimum adsorbat adalah 6, konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorbsi 4,84 ppm dengan persen adsorpsi 96,97 %. Jadi semakin tinggi pH asam, maka larutan adsorbat yang teradsorbsi semakin besar. Tetapi pada pH yang lebih tinggi dari pH 6 konsentrasi ion besi yang teradsorbasi turun, hal ini disebabkan terbentuknya
ikatan antara ion OH- dengan Fe3+ membentuk endapan Fe(OH)3.
Pengaruh variasi konsentrasi adsorbat
Proses adsorpsi ion Fe3+ pada
kristobalit
dilakukan
dengan
memvariasikan konsentrasi ion Fe3+ dari 5
sampai 40 ppm. Hasil yang diperoleh
terdapat pada Tabel 3.
Tabel 3. Konsentrasi ion Fe3+ yang teradsorpsi pada variasi konsentrasi larutan Fe3+
Konsentrasi (ppm)
5 10 15 20 25 30 35 40
Konsentrasi Teradsorpsi
(ppm)
4,86 9,91 14,80 19,92 24,74 29,92 34,87 39,81
Persen Efisiensi adsorpsi
(%)
97,30 98,11 98,72 99,62 98,99 99,73 99,65 99,53
Data penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi ion Fe3+, maka jumlah ion yang teradsorpsi dan efisiensi adsorpsinya juga semakin besar. Khopkar (1990) mengatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi adsorbat maka jumlah zat yang terserap semakin banyak. Hal ini sesuai dengan data yang diperoleh, yaitu konsentrasi adsorbat optimum ion Fe3+ adalah 30 ppm, tetapi pada konsentrasi yang lebih tinggi, jumlah ion Fe3+ yang teradsorpsi akan menurun.
Kapasitas penyerapan maksimum (Qmaks) dari ion Fe3+ oleh kristobalit diperoleh dari persamaan adsorpsi isoterm Langmuir dengan memplotkan 1/C terhadap1/Q sehingga diperoleh garis linier. Berdasarkan kurva isoterm Langmuir diperoleh kapasitas serapan maksimum (Qmaks) ion Fe3+ sebesar 2,70
10
Uji daya serap kristobalit Alam Jaboi Sabang terhadap ion logam Fe3+ (Khairi)
mg/gram,
dengan
kesetimbangan 270,24.
konstanta
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini diperoleh
• Kristobalit alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam dapat digunakan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi ion Fe3+.
• Kondisi optimum adsorpsi ion Fe3+ oleh kristobalit alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam adalah waktu kontak 7 menit, pH 6 dan konsentrasi adsorbat 30 ppm, efisiensi adsorpsi 99,73%, kapasitas serapan maksimum (Qmaks) isoterm Langmuir 2,70 mg/gram dan (konstanta kesetimbangan) adalah 270,24.
DAFTAR PUSTAKA
Cotton and Wilkinson, 1989., “Inorganic Chemistry”, University Collage.
Crittenden, 1988., “Activited Carbon For Water Treatment”, Journal of Chemical Education, Adsorption of. P- Nitrophenol from Bilete Aqueous Solution, The University Of Michigen.
Gallerles. A., 1996., “The Mineral Cristobalite”, http://www.Kompas.com/Kompascetak/0301/01/IPTEK/60157. htm.
Khopkar, 1990., “Konsep Dasar Kimia Analitik”, UI-Press, Jakarta.
Munaf. E and Zein. R. 1997., The Use of Rice Husk for Removal of Toxic Metals from Waste, “J. Environ, Sci Technol”, 18:359362.
Sari. I. R. M. 2003., “Uji Daya Serap Kristobalit Alam Jaboi Sabang Nanggroe Aceh Darussalam Terhadap Ion Cd2+”, FMIPA, Unsyiah, NAD.
Sialagan A. 2001., “Study Pendahuluan Batuan Kristobalit Alam Jaboi Kotamadya Sabang”, FMIPA, Unsyiah, NAD.
Sukarjo, 1987., “Kimia Anorganik”, Penerbit Rineka Cipta, Jakarta.
11