27 Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik penting bagi
masing-masing adsorben sesuai dengan fungsinya sebagai adsorben. Ukuran partikel masing-masing adsorben mempengaruhi tingkat adsorpsi.
Tingkat adsorpsi naik dengan adanya penurunan ukuran partikel. Kapasitas total
adsorpsi masing-masing
adsorben tergantung
pada luas
permukaannya. Semakin kecil ukuran butir, maka semakin besar permukaan sehingga dapat menjerap β-karoten makin banyak. Secara
umum kecepatan adsorpsi ditujukan oleh kecepatan difusi zat terlarut ke dalam pori-pori partikel adsorben. Ukuran partikel yang baik untuk proses
penjerapan antara -100 +200 mesh Bernasconi et al., 1995.
B. LAJU PENGADUKAN OPTIMUM
Laju pengadukan merupakan variabel yang mempengaruhi peristiwa fisik dari proses adsorpsi β-karoten dari metil ester. Pengadukan adalah proses
pencampuran bahan secara fisik. Proses ini akan membuat adsorben melayang dalam larutan McCabe et al., 1999. Hal tersebut dapat meningkatkan
kemungkinan terjadinya adsorpsi, terutama untuk adsorben dengan partikel halus. Hasil pengadukan yang baik menurut Bernasconi et al. 1995 bisa
dicapai bila bahan mengalir secara turbulen mengalir ke segala penjuru. Nilai optimum laju pengadukan ditentukan berdasarkan hubungan antara
peningkatan laju pengadukan dengan peningkatan jumlah β-karoten yang teradsorp. Hasil penentuan laju pengadukan optimum dapat dilihat pada
Gambar 8.
Tidak dipengaruhi difusi eksteral
Dipengaruhi difusi eksteral
Gambar 8. Hubungan antara nilai β-karoten yang teradsorp dengan laju pengadukan
28 Berdasarkan kurva hubungan yang disajikan pada Gambar 8, dapat
diketahui bahwa
laju pengadukan optimum dicapai pada kecepatan
pengadukan 250 rpm, dimana pada kecepatan pengadukan tersebut diperoleh nilai persentase β-karoten teradsorp paling tinggi sehingga peningkatan laju
pengadukan tidak berpengaruh lagi terhadap jumlah β-karoten yang teradsorp selama proses adsorpsi. Berdasarkan Gambar 8, laju pengadukan yang lebih
tinggi dari 250 rpm menyebabkan kemampuan adsorben dalam mengadsorp karotenoid menjadi menurun karena pengadukan yang tertalu cepat dapat
menyebabkan proses tumbukan tidak terjadi secara optimal sehingga jumlah β-karoten yang teradsorp semakin menurun. Laju pengadukan merupakan
salah satu faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi dari luar. Dengan penentuan laju pengadukan optimum, diharapkan faktor dari luar, terutama
difusi eksternal, sudah tidak mempengaruhi hasil proses adsorpsi.
C. KONDISI KESETIMBANGAN
Fasa kesetimbangan antara cairan dan fasa yang diserap oleh satu atau lebih komponen dalam proses adsorpsi merupakan faktor yang menentukan di
dalam kinerja proses adsorpsi tersebut. Peningkatan kapasitas stoikiometrik adsorben memiliki pengaruh yang lebih besar daripada peningkatan laju
perpindahan. Adsorpsi
melibatkan proses
perpindahan massa
dan menghasilkan kesetimbangan distribusi dari satu atau lebih larutan antara fasa
cair dan partikel. Kondisi kesetimbangan dapat diartikan keadaan dimana dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama. Sistim yang setimbang
dapat terjadi ketika nilai tertentu tidak mengalami perubahan dengan berubahnya waktu Petrucci, 1992.
Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat
kimia dan fisika Reynolds, 1982. Proses adsorpsi tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, sifat atommolekul yang diserap, konsentrasi,
temperatur dan lain-lain. Pemisahan terjadi karena perbedaan bobot molekul atau perbedaan polaritas sehingga sebagian molekul melekat lebih erat pada
permukaan dibanding molekul lainnya McCabe et al., 1999.
29
150 170
190 210
230 250
270 290
310 330
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100 110
120 130
140 150 160
waktu adsorpsi menit k
o n
s e
n tr
a s
i b
e ta
k a
ro te
n d
a la
m m
e ti
l e
s te
r
µ g
m l
atapulgit pada suhu 65 derajat C atapulgit pada suhu 80 derajat C
atapulgit pada suhu 90 derajat C magnesol pada suhu 65 derajat C
magnesol pada suhu 80 derajat C magnesol pada suhu 90 derajat C
Proses adsorpsi β-karoten dari metil ester merupakan suatu proses penyerapan komponen pigmen warna kemerahan yang ada pada metil ester
pada permukaan adsorben. Hubungan antara penurunan nilai konsentrasi β- karoten dalam metil ester dengan lama adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Hubungan Penurunan konsentrasi β-karoten dalam metil ester
dengan lama waktu adsorpsi Berdasarkan Gambar 9 dapat diketahui bahwa nilai konsentrasi β-
karoten dalam metil ester semakin menurun dengan semakin meningkatnya waktu adsorpsi. Selama proses adsorpsi, terjadi penurunan konsentrasi β-
karoten di dalam metil ester serta terjadi peningkatan jumlah β-karoten yang terserap di dalam adsorben seiring dengan semakin meningkatnya waktu
proses adsorpsi. Penurunan nilai konsentrasi β-karoten terjadi pada kedua jenis adsorben
dan tiap suhu yang digunakan. Penurunan konsentrasi β-karoten dalam metil ester terus terjadi selama waktu proses hingga tidak terjadi penurunan nilai
konsentrasi β-karoten. Kondisi dimana peningkatan waktu adsorpsi tidak lagi berpengaruh terhadap penurunan konsentrasi β-karoten dalam metil ester
merupakan kondisi kesetimbangan. Hal tersebut disebabkan karena adsorben mengalami kapasitas jenuh penyerapan yaitu tidak mampu lagi menyerap β-
30 karoten. Proses penyerapan β-karoten dalam metil ester dapat dilihat dari
perubahan warna metil ester dan juga adsorben baik sebelum dan setelah proses adsorpsi. Gambar perubahan warna pada metil ester serta pada
adsorben atapugit dan magnesium silikat sintetik sebelum dan sesudah adsorpsi dapat dilihat pada lampiran 5.
Kondisi kesetimbangan pada masing-masing suhu reaksi dan jenis adsorben berbeda. Nilai konsentrasi β-karoten dalam metil ester yang
diperoleh pada saat kondisi kesetimbangan dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8. Nilai konsentrasi β-karoten dalam metil ester pada kondisi
kesetimbangan untuk masing-masing kondisi suhu dan jenis adsorben
Berdasarkan Tabel 8 dapat diketahui bahwa pada kedua jenis adsorben, semakin tinggi suhu yang digunakan maka waktu yang diperlukan untuk
mencapai kondisi kesetimbangan semakin cepat dan konsentrasi β-karoten dalam metil ester semakin menurun. Berdasarkan Tabel 8, proses adsorpsi
yang menggunakan atapulgit dengan suhu 65 °C, 80 °C, dan 90 °C, berturut- turut kondisi kesetimbangan tercapai pada menit ke 90, 60 dan 30 dimana
jumlah β-karoten yang tersisa dalam metil ester adalah sebesar 251, 243, dan 236 µgml. Sedangkan pada proses adsorpsi dengan menggunakan magnesium
silikat sintetik pada suhu 65 °C, 80 °C, dan 90 °C, berturut-turut kondisi kesetimbangan tercapai pada menit ke 90, 60 dan 30 dimana jumlah β-karoten
yang tersisa dalam metil ester adalah sebesar 191, 184, dan 177 µgml. Hal ini menunjukkan jumlah β-karoten yang diserap oleh adsorben semakin banyak
Perlakuan Lama
tercapainya kesetimbangan
menit Konsentrasi ß –
karoten dalam metil ester
µgml Konsentrasi
awal ß – karoten
dalam metil ester
µgml Jenis
Adsorben Suhu
°C
Atapulgit 65
90
251 314
80 60
243
90 30
236
Manesium silikat
sintetik 65
90
191 225
80 60
184
90 30
177
31 dengan semakin meningkatnya suhu. Hal ini dapat disebabkan karena suhu
sangat berpengaruh terhadap proses adsorpsi yang terjadi. Suhu yang semakin tinggi menyebabkan kemampuan penyerapan porositas dari adsorben
meningkat. Berdasarkan Tabel 8, konsentrasi awal β-karoten dalam metil ester
berbeda pada proses adsorpsi menggunakan atapulgit dengan magnesium silikat sintetik, perbedaan ini disebabkan karena metil ester tidak di simpan
dalam satu wadah yang sama. Namun jumlah yang mampu diserap oleh masing-masing adsorben dapat diketahui dengan melihat konsentrasi awal
metil ester yang digunakan. Jumlah β-karoten yang mampu terserap oleh atapulgit lebih banyak daripada oleh magnesium silikat sintetik. Hal ini dapat
disebabkan karena perbedaan struktur pori maupun komposisi dari kedua jenis adsorben. Struktur pori adalah faktor utama dalam proses adsorpsi. Distribusi
ukuran pori menentukan distribusi molekul yang masuk dalam partikel adsorben untuk diadsorp. Molekul yang berukuran besar dapat menutup jalan
masuk ke dalam micropore sehingga membuat area permukaan yang tersedia untuk mengadsorp menjadi sia-sia. Karena bentuk molekul yang tidak
beraturan dan pergerakan molekul yang konstan, pada umumnya molekul yang lebih dapat menembus kapiler yang ukurannya lebih kecil juga. Struktur
pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori adsorben, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan
adsorpsi bertambah. Proses adsorpsi terjadi akibat terbentuknya ikatan antara lapisan silika
pada struktur adsorben dengan molekul β-karoten. Atapulgit mengandung 66.1 SiO
2
, 12.6 MgO, dan 9.8 Al
2
O
2
. Sedangkan magnesium silikat sintetik mengandung 15 MgO dan 67 SiO
2
. Silika mengandung bahan yang homogen. Permukaan silika tersusun atas dua tipe ikatan, yaitu ikatan
polar yang memiliki energi tinggi dan ikatan kurang polar yang memiliki energi rendah. Ikatan polar merupakan ikatan antara silika dengan gugus
hidroksil Si-OH yang disebut dengan silanol, sedangkan ikatan kurang polar merupakan ikatan antara silika dengan oksigen Si-O-Si yang disebut dengan
siloksan Chu et al., 2004.
32 Gugus kurang polar ini yang berfungsi di dalam proses adsorpsi secara
fisik pada pengikatan β-karoten. Jenis ikatan yang diduga terjadi antara adsorben baik atapulgit maupun magnesium silikat sintetik dengan β-karoten
adalah ikatan Van der waals, dimana ikatan ini relatif lemah. Ikatan Van der waals yang terjadi antara β-karoten dengan adsorben baik atapulgit maupun
magnesium silikat sintetik dapat dilihat pada Gambar 10.
Ikatan Van der waals merupakan antaraksi dipol-dipol secara kolektif. Antaraksi dipol-dipol ini menimbukan tarik-menarik antara muatan yang
berlainan tanda dan tolak-menolak antara muatan yang sama. Molekul non polar saling ditarik oleh antaraksi dipol-dipol yang lemah yang disebut gaya
london. Gaya Van der waals merupakan gaya terlemah walaupun merupakan gaya yang paling universal. Energinya sekitar 0.4 sampai 40 kJmol
Companion, 1991. Proses adsorpsi pada suhu yang rendah, lebih disebabkan oleh ikatan
intermolekular daripada pembentukan ikatan kimia baru. Ikatan yang terbentuk antara adsorben dan zat warna relatif lemah dan disebut dengan
ikatan Van der waals Hui, 1996. Pengamatan tersebut mengindikasikan bahwa mekanisme adsorpsinya adalah secara fisik. Swern 1982
menambahkan cukup untuk menyatakan adsorpsi sebagai fenomena permukaan, bergantung dari adanya afinitas spesifik antara adsorben dan zat
yang diadsorpsi. Penggunaan atapulgit pada proses adsorpsi β-karoten dari metil ester
lebih baik dibandingkan dengan penggunaan magnesium silikat sintetik. Si O
δ-
Si
δ+
Tarikan
δ+
H CH
3
C
δ-
C CH
3
CH
3
Gambar 10. Ikatan Van der waals antara β-karoten dengan adsorben Sirait, 2007.
33 Karena jumlah β-karoten yang mampu diserap oleh atapulgit lebih banyak dari
pada magnesium silikat sintetik. Hal ini disebabkan karena atapulgit merupakan adsorben yang mampu menyerap zat khususnya zat warna seperti
β-karoten, sedangkan magnesium silikat sintetik merupakan adsorben yang secara khusus dikomersialkan untuk proses penghilangan basa NaOH.
Sehingga kemampuan magnesium silikat sintetik untuk menyerap dan mengikat β-karoten lebih rendah dibandingkan dengan atapulgit. Selain itu,
atapulgit memiliki oksida Al
2
O
3
yang berpotensi mengikat senyawa β-karoten dengan adsorpsi kimia. Namun secara umum, baik pada penggunaan atapulgit
maupun magnesium silikat sintetik, semakin tinggi suhu yang digunakan maka konsentrasi β-karoten yang terserap dalam kedua jenis adsorben tersebut
semakin meningkat.
D. LAJU ADSORPSI
