Adsorption of Pb(II) using natural zeolite modified phosphoric acid.

ADSORPSI Pb(II) MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM
TERMODIFIKASI ASAM FOSFAT

IIS SUBARIYAH

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Adsorpsi Pb(II) Menggunakan
Zeolit Alam Termodifikasi Asam Fosfat adalah karya saya dengan arahan dari
Komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Agustus 2011


Iis Subariyah
NRP G451090081

ABSTRACT

IIS SUBARIYAH. Adsorption of Pb(II) Using Natural Zeolite Modified
Phosphoric Acid. Under direction of ETI ROHAETI and SRI SUGIARTI.
In this study, both of natural zeolite, which were obtained from Sukabumi
and Lampung have been modified, using H3PO4 and NaHCO3 solution. Analysis
of the zeolites using XRD, BET, SEM-EDS and Cation Exchange Capacity (CEC)
showed that there are differences between zeolite before modified and the one
after modification. Application of the modified zeolites as an adsorbent for Pb(II)
in solution showed; the optimum adsorption capacity reached at pH of 5 and 0.2 g
of adsorbent. Based on the dynamic study, both type of adsorbents for Pb(II)
sorption were following pseudo second order kinetic and Langmuir equation as
chemosorption. Additionally, the thermodynamic determination revealed that the
adsorption were exothermic.
Keywords: adsorption, H3PO4, modified, NaHCO3, natural zeolite, and Pb(II)


RINGKASAN

IIS SUBARIYAH. Adsorpsi Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi
Asam Fosfat. Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan SRI SUGIARTI.
Timbal (Pb) merupakan salah satu logam berat yang biasa menjadi salah
satu kontaminan dalam limbah cair kegiatan industri, misalnya pada industri:
pengecoran dan pemurnian, baterai, bahan bakar, kabel, serta bahan kimia yang
menggunakan bahan pewarna. Keracunan Pb dapat menyebabkan gangnguan
kesehatan seperti gangguan fungsi hati, ginjal, keterlambatan perkembangan
mental, kemandulan dan gangguan sistem syaraf. Oleh karena itu perlu ada upaya
untuk mengurangi keberadaan kontaminan ini dalam limbah atau lingkungan.
Berbagai metode telah dikembangkan untuk upaya penanganan hal tersebut, salah
satunya adalah adsorpsi dengan zeolit.
Meskipun telah banyak dilakukan penelitian tentang adsorpsi Pb(II) dari larutan air
menggunakan zeolit alam, tetapi setiap zeolit yang berbeda asalnya memerlukan
penelitian tersendiri. Adsorpsi Pb(II) dengan klinoptilolit yang dimodifikasi dengan

HCl dan Na-klinoptilolit menunjukkan bahwa adsorpsi Pb(II) terjadi secara
spontan. Stabilitas dan kapasitas tukar kation (KTK) zeolit alam jenis klinoptilolit
asal Meksiko yang dimodifikasi dengan larutan asam fosfat telah dilaporkan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pH larutan fosfat mempengaruhi stabilitas
dan KTK dari klinoptilolit. Pada pH 4-6, perubahan kristalinitas ini tidak teramati
dan jumlah aluminium mirip dengan klinoptilolit tanpa modifikasi, serta adanya
kenaikan KTK dari 1.10 menjadi 1.26 mek/g. Zeolit-Y termodifikasi asam fosfat
mampu menjerap ion Cu2+ dari larutan dan kapasitas adsorpsinya meningkat 67%
dibanding dengan zeolit tanpa modifikasi.
Penelitain ini terdiri atas tiga tahap, yaitu perlakuan adsorben zeolit,
karakterisasi adsorben dan percobaan adsorpsi. Pembuatan adsorben zeolit diawali
dengan preparasi zeolit alam asal Sukabumi dan Lampung, dilanjutkan dengan
aktivasi dan memodifikasinya dengan H3PO4 serta mengubahnya dalam bentuk
Na-zeolit dengan menambahkan NaHCO3 jenuh. Tahap selanjutnya adalah
karakterisasi adsorben yang dilakukan dengan XRD (X-Ray Diffraction), SEMEDS (Scanning Electron Microscopy-Electron Dispersive Spectroscopy), metode
BET (Brunauer-Emmett-Teller) dan penentuan KTK (Kapasitas Tukar Kation)
dengan metode ammonium asetat. Tahap ketiga adalah percobaan adsorpsi Pb(II)
dengan adsorben hasil modifikasi.
Zeolit alam asal Sukabumi dan Lampung hasil preparasi awal dianalisis
dengan XRD yang menunjukkan bahwa zeolit Sukabumi merupakan jenis
mordenit dan zeolit Lampung merupakan jenis klinoptilolit. Hasil pengukuran
dengan SEM menunjukkan ukuran butir berkisar antara 0.003-0.425 mm. Zeolit
hasil preparasi kemudian diaktivasi untuk memperoleh bentuk H-zeolit kemudian

dimodifikasi dengan H3PO4 dan diubah dalam bentuk Na-zeolit dengan
menambahkan larutan NaHCO3. Zeolit hasil modifikasi selanjutnya disebut
Z-PNa2-S untuk zeolit Sukabumi dan Z-PNa2-L untuk zeolit Lampung.
Keberhasilan dari modifikasi dapat dilihat dari kapasitas adsorpsi zeolit terhadap
asam fosfat yang digunakan. Hasil perhitungan menunjukkan kapasitas adsorpsi
zeolit Sukabumi dan Lampung terhadap asam fosfat berturut-turut adalah 127.80

iii
mg/g dan 128.16 mg/g. Hasil analisis unsur dengan EDS juga menunjukkan
adanya unsur P pada zeolit termodifikasi, yaitu 0.07% dalam Z-PNa2-S dan
0.02% dalam Z-PNa2-L.
Karakterisasi adsorben dengan metode BET, menghasilkan adanya kenaikan
luas permukaan dan volume total pori setelah dilakukan modifikasi, sedangkan
rata-rata diameter pori mengalami penurunan. Hal ini diduga bahwa gugus fosfat
terjerap dalam rongga zeolit sehingga ukuran pori menjadi lebih kecil dari
sebelum modifikasi. Hasil analisis XRD menunjukkan adanya perubahan
kristalinitas zeolit sebelum dan sesudah modifikasi, yang diduga karena pengaruh
dari pengotor. Difraktogram hasil analisis XRD juga masih menunjukkan puncakpuncak utama penciri klinoptilolit dan mordenit. Analisis morfologi permukaan
zeolit sebelum dan sesudah modifikasi dilakukan SEM yang menunjukkan bahwa
setelah modifikasi bentuk struktur kristal zeolit tampak lebih jelas.

Hasil pengukuran KTK dengan metode ammonium asetat menunjukkan
bahwa modifikasi dengan asam asetat dapat menaikkan KTK. Zeolit Sukabumi
mengalami kenaikan KTK dari 92.60 menjadi 179.90 mek/100g dan zeolit
Lampung dari 93.03 menjadi 149.62 mek/100g. Pada modifikasi zeolit dengan
asam fosfat, setiap mol asam fosfat yang teradsorpsi dalam zeolit menyediakan
dua mol proton yang dapat dipertukarkan dengan Na+ dengan basa lemah seperti
NaHCO3. Bentuk Na-zeolit mempunyai dua Na+ yang dapat dipertukarkan dengan
ion NH4+ pada penentuan KTK dengan metode ammonium asetat dibandingkan
zeolit tanpa modifikasi, dan semakin banyak ion Na+ yang dipertukarkan maka
makin besar nilai KTKnya
Zeolit Z-PNa2-S dan Z-PNa2-L hasil modifikasi digunakan unruk percobaan
adsorpsi Pb(II) dengan mempelajari pengaruh dari bobot adsorben, pH, waktu
kontak, konsentrasi awal dan suhu. Pada bobot adsorben 0.2 g diperoleh kapasitas
adsorpsi sebesar 12.28 mg/g (%adsorpsi = 99.67%) untuk Z-PNa2-S dan 12.24
mg/g (%adsorpsi = 99.29%) untuk Z-PNa2-L. Faktor pH, waktu kontak dan suhu
tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kenaikan kapasitas adsorpsi
untuk konsentrasi awal 50 mg/L. Adsorpsi Pb(II) dengan Z-PNa2-S maupun
Z-PNa2-L mengikuti persamaan kinetika orde kedua semu dan model isoterm
Langmuir. Hasil perhitungan parameter termodinamika menunjukkan bahwa
adsorpsi Pb(II) dengan Z-PNa2-S maupun Z-PNa2-L adalah adsorpsi kimia,

spontan di lingkungan dan eksotermis.
Kata kunci: adsorpsi, H3PO4, modifikasi, NaHCO3, Pb(II) dan zeolit alam.

© Hak Cipta Milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruhnya karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah.
b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk laporan apapun tanpa izin IPB

ADSORPSI Pb(II) MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM
TERMODIFIKASI ASAM FOSFAT

IIS SUBARIYAH

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Kimia

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Iskandar

HALAMAN PENGESAHAN
Judul Tesis
Nama
NRP
Program Studi

: Adsorpsi Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi
Asam Fosfat
: Iis Subariyah

: G451090081
: Kimia

Disetujui
Komisi Pembimbing

Sri Sugiarti, Ph.D
Anggota

Dr. Eti Rohaeti
Ketua

Diketahui
Ketua Program Studi
Kimia

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, MS


Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.

Tanggal Ujian:

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari sampai bulai Mei 2011 ini
ialah Adsorpsi Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi Asam Fosfat.
Ucapan terima kasih yang tulus kepada Dr. Eti Rohaeti selaku Ketua
Komisi Pembimbing dan Sri Sugiarti, Ph.D selaku Anggota Komisi Pembimbing,
atas segala curahan waktu, bimbingan, arahan, serta dorongan moral kepada saya.
Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada Dr. Iskandar sebagai dosen
penguji luar komisi dan Dr. Dyah Iswantini Pradono, M.Agr selaku wakil dari
departemen yang telah memberikan saran pada penulisan karya ilmiah ini.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada suami saya serta seluruh
keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya dan kepada Kementerian Agama

Republik Indonesia yang telah mendanai pendidikan penulis selama menjalani
program pascasarjna Kimia.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat

Bogor, Agustus 2011

Iis Subariyah

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Cilacap pada tanggal 12 Nopember 1977 dari pasangan
Bapak H.Pardjan Sayuti dan Ibu Hj. Gunarti. Penulis merupakan anak kedua dari
tiga bersaudara. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Kimia Universitas
Gadjah Mada, lulus pada tahun 2001. Bekerja sebagai staf pengajar MTs-Al
Mujtahidin Bojonggede Bogor. Pada tahun 2009 penulis mengikuti seleksi
Beasiswa Utusan Daerah (BUD) yang diselenggarakan oleh Kementerian Agama
Republik Indonesia dan diterima di Program Studi Kimia pada Program
Pascasarjana IPB.

DAFTAR ISI


Halaman
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………

xi

DAFTAR TABEL …………………………………………………

xii

DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………….

xiii

PENDAHULUAN
Latar Belakang ………………………………………………
Perumusan Masalah …………………………………………
Tujuan………………………………………………………..
Manfaat ……………………………………………………...
Hipotesis …………………………………………………….

1
3
3
4
4

TINJAUAN PUSTAKA
Zeolit ………………………………………………………...
Timbal ……………………………………………………….
Isoterm Adsorpsi …………………………………………….
Kinetika Adsorpsi …………………………………………...
Parameter Termodinamika …………………………………..

5
10
11
13
13

BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian ……………………………….
Bahan dan Alat ..…………………………………………….
Metode Penelitian …………………………………………...

15
15
15

HASIL DAN PEMBAHASAN
Adsorben Zeolit ……………………………………………..
Karakterisasi Adsorben ……………………………………..
Percobaan Adsorpsi …………………………………………

19
21
28

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ……………………………………………………
Saran ………………………………………………………..

39
39

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………

41

LAMPIRAN ………………………………………………………...

45

DAFTAR GAMBAR

Halaman
5

1

Kerangka struktur zeolit ………………………………………

2

Struktur kristal klinoptilolit …………………………………

8

3

Struktur kristal mordenit ………………………………………

9

4

Skema reaksi modifikasi zeolit-PNa2 …………………………

21

5

Difraktogram XRD zeolit Sukabumi …………………………

22

6

Difraktogram XRD zeolit Lampung …………………………

22

7

Difraktogram XRD zeolit Sukabumi A. tanpa perlakuan; B.
setelah aktivasi; C. setelah modifikasi ………………………

25

Difraktogram XRD zeolit Lampung A. tanpa perlakuan; B.
setelah aktivasi; C. setelah modifikasi ………………………

25

SEM zeolit Sukabumi perbesaran 1000x: a. tanpa perlakuan;
b. setelah aktivasi; c. setelah modifikasi …………………..

26

SEM zeolit Lampung perbesaran 1000x: a. tanpa perlakuan; b.
setelah aktivasi; c. setelah modifikasi ………………………

26

8
9
10
11

Kapasitas adsorpsi Z-PNa2-S dan Z-PNa2-L pada variasi
bobot …………………………………………………………..

28

12

Kapasitas adsorpsi Z-PNa2-S dan Z-PNa2-L pada variasi pH

29

13

Kapasitas adsorpsi Z-PNa2-S dan Z-PNa2-L pada variasi
waktu ………………………………………………………….

30

14

Plot kinetika orde pertama semu adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2S dan Z-PNa2-L ………………………………………………

31

Plot kinetika orde kedua semu adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S
dan Z-PNa2-L ………………………………………………

31

16

Isoterm adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S dan Z-PNa2-L ………

33

17

Isoterm Langmuir adsorpsi
Pb(II) oleh Z-PNa2-S dan
Z-PNa2-L ……………………………………………………...

34

18

Isoterm Freundlich adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S dan
Z-PNa2-L …………………………………………………….

34

19

Efek variasi suhu pada adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S dan
Z-PNa2-L ……………………………………………………

15

20

Hubungan antara 1/T dan ln Kd untuk Z-PNa2-S dan
Z-PNa2-L ……………………………………………………

36
36

DAFTAR TABEL

Halaman
1

Hasil karakterisasi zeolit Lmpung dan Sukabumi ……………

7

2

Komponen kimia zeolit Lampung dan Sukabumi ……………

8

3

Hasil pengukuran luas permukaan, volume pori dan diameter
pori sebelum dan sesudah modifikasi zeolit Sukabumi dan
Lampung ……………………………………………………..

23

4

Hasil pengukuran KTK ………………………………………

27

5

Perbandingan konstanta laju orde pertama dan kedua semu …

32

6

Parameter isoterm Langmuir dan Freunlich …………………

34

7

Data parameter termodinamika adsorpsi Pb(II) dengan
Z-PNa2-S dan Z-PNa2-L ………………………………………

37

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
1

Bagan alir penelitian …………………………………………..

46

2

Preparasi zeolit alam ………………………………………….

47

3

Aktivasi zeolit alam …………………………………………...

47

4

Modifikasi zeolit alam dengan asam fosfat …………………...

48

5

Penentuan KTK ……………………………………………….

49

6

Percobaan adsorpsi ……………………………………………

50

7

Penentuan kadar fosfat ………………………………………..

51

8

Data hasil pengukuran KTK …………………………………..

52

9

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S pada variasi bobot
adsorben ………………………………………………………

54

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-L pada variasi bobot
adsorben ………………………………………………………

55

11

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S pada variasi pH …...

56

12

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-L pada variasi pH …...

57

13

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S pada variasi waktu ..

58

14

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-L pada variasi waktu ..

60

15

Persamaan linear laju reaksi adsorpsi Pb(II) ………………….

62

16

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S pada variasi
konsentrasi …………………………………………………...

63

17

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-L pada variasi
konsentrasi ........................................................................

64

18

Data hasil analisis isoterm Langmuir dan Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh Z-PNa2-S …………………………………………

65

Data hasil analisis isoterm Langmuir dan Freundlich adsorpsi
Pb(II) oleh Z-PNa2-L …………………………………………

66

20

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-S pada variasi suhu ….

67

21

Data hasil adsorpsi Pb(II) oleh Z-PNa2-L pada variasi suhu …

68

22

Data perhitungan parameter termodinamika ………………….

69

10

19

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Kondisi lingkungan dapat tercemar akibat terbuangnya sejumlah polutan
berbahaya. Logam berat adalah salah satu polutan yang merupakan ancaman
potensial untuk kualitas air, tanah, tanaman, hewan dan kesehatan manusia.
Sebagai unsur, logam berat tidak dapat dihancurkan secara kimia. Adanya unsur
logam seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), arsen (As), merkuri (Hg), dan kromium
(Cr), bahkan pada konsentrasi sangat rendah ( 4.0 dan (Na + K)> (Ca + Sr + Ba).

7
Struktur Klinoptilolit tidak hancur setelah pemanasan selama 12 jam pada suhu
750°C. Namun, struktur Klinoptilolit yang mengandung kapur akan hancur antara
suhu 450-550°C.

Tabel 1 Hasil Karakterisasi zeolit Lampung dan Sukabumi
Parameter

Asal zeolit
Lampung

Sukabumi

Klinoptilolit

Mordenit

Kadar zeolit (%)

94.24

83.84

Mineral lain (%)

Kuarsa α (5.76)

Fledspar (12.91)

Jenis zeolit

Kuarsa α (3.25)
Warna

Putih

Hijau

KTK (me/100g)

89.62

79.90

Volume pori (mL/g)
Luas pori (m2/g)

0.595

0.319

37.777

12.756

Sumber: Rohaeti (2007)
Struktur kristal mordenit lebih rumit dibandingkan klinoptilolit. Mordenit
terdiri dari dua jenis rongga pori yang berbeda jenisnya dan sistem kosong.
Rongga A dibentuk oleh himpunan 12-unit cincin, yang masing-masing memiliki
12 atom oksigen. Rongga B terbentuk dari 8-unit cincin di mana masing-masing
memiliki 8 atom oksigen. Rongga A berbentuk elips, dengan diameter 0,65 x 0,70
nm, sedangkan diameter 8-unit cincin adalah 0,26 x 0,57 nm. Rongga A dan B
saling berhubungan tegak lurus melalui rongga tabung B, dalam bentuk kantong
kecil (Korkuna et al. 2006). Mordenit sering bersamaan dengan klinoptilolit,
menunjukkan kondisi yang sama dalam pembentukan. Mordenit menunjukkan
rasio Si/A1 berkisar 4.2-5.9, memiliki Ca 1.6-2.5, Na 2.0-5.0, dan K 0.1-0.8 atom
per satuan sel. Rasio Si/A1 sangat tinggi dalam mordenit menghasilkan stabilitas
termal yang tinggi. Struktur rangka menunjukkan sedikit perubahan akibat dari
dehidrasi, dan mineral yang stabil sampai 900 C° (Ghiara et al. 1999). Gambar 2
dan 3, berturut-turut menunjukkan struktur kristal klinoptilolit dan mordenit.

8
Tabel 2 Komponen kimia zeolit Lampung dan Sukabumi
Komponen

Kadar dalam % berat
Lampung

Sukabumi

SiO2

70.55

68.75

Al2O3

11.89

12.91

Fe2O3

1.85

1.3

TiO2

0.08

0.08

CaO

4.85

5.23

MgO

-

0.53

Na2O

1.61

1.94

K2O

1.81

1.94

Hilang pijar

7.36

7.18

Sumber: Rohaeti (2007)

Gambar 2 Struktur kristal klinoptilolit
(http://www.iza-online.org/natural/index.htm 2010)

9

Gambar 3 Struktur kristal mordenit
(http://www.iza-online.org/natural/index.htm 2010)
Berbagai metode dikembangkan untuk meningkatkan selektivitas dan daya
adsorpsi zeolit alam maupun sintetik. Salah satu cara yang sedang berkembang
adalah dengan modifikasi permukaan zeolit. Modifikasi dapat dilakukan dengan
memberikan perlakuan kimia seperti direaksikan dengan asam. Memodifikasi
adsorben dengan asam paling umum dan terbukti efektif dalam meningkatkan
kapasitas dan efisiensi adsorben. Selama proses perlakuan dengan asam, ion H+
akan menggantikan kation-kation yang tidak terikat secara kuat di dalam kerangka
zeolit dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Modifikasi
asam menyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya
luas permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori
zeolit. Luas permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan
zeolit dalam proses adsorpsi (Tarlan-Yel & Onen 2010; Wang et al. 2010; Pentrak
et al. 2009).
Tarlan-Yel & Onen (2010) memodifikasi zeolit alam dengan asam nitrat
untuk menghilangkan sianida bebas dan kompleks Cu-sianida dengan kapasitas
adsorpsi mencapai 96%. Zeolit P termodifikasi asam hidroksamik digunakan oleh
Haron et al. (2009) untuk menjerap Cu dalam larutan. Penjerapan Cu(II)
mengikuti model isoterm Langmuir dengan kapasitas maksimum 33.32 mg/g pada
suhu 25°C dan meningkat 48.12 mg/g pada suhu 70°C. Modifikasi zeolit alam

10
jenis klinoptilolit dengan HCl untuk menyerap ion logam berat (Pb2+, Cu2+, Ni2+,
dan Cd2+) dalam larutan telah diteliti oleh Sprynskyy et al. (2006). Panneerselvam
et al. 2008 memodifikasi zeolit Y dengan asam fosfat sebagai adsorben Cu dalam
larutan, dan kapasitas adsorpsi meningkat sekitar 67% dibandingkan zeolit alam
tanpa modifikasi.

Timbal
Logam timbal (Pb) merupakan logam yang sangat populer dan banyak
dikenal oleh masyarakat awam. Hal ini disebabkan oleh banyaknya Pb yang
digunakan di industri nonpangan dan paling banyak menimbulkan keracunan pada
makhluk hidup. Pb adalah sejenis logam yang lunak dan berwarna cokelat
kehitaman, serta mudah dimurnikan dari pertambangan. Dalam pertambangan,
logam ini berbentuk sulfida logam (PbS), yang sering disebut galena. Senyawa ini
banyak ditemukan dalam pertambangan di seluruh dunia. Bahaya yang
ditimbulkan oleh penggunaan Pb ini adalah sering menyebabkan keracunan
(Astawan 2008).
Kadar Pb yang secara alami dapat ditemukan dalam bebatuan sekitar 13
mg/kg. Khusus Pb yang tercampur dengan batu fosfat dan terdapat didalam
batu pasir kadarnya lebih besar yaitu 100 mg/kg. Pb yang terdapat di tanah
berkadar sekitar 5-25 mg/kg dan di air bawah tanah berkisar antara 1-60 µg/L.
Secara alami Pb juga ditemukan di air permukaan. Kadar Pb pada air telaga dan
air sungai adalah sebesar 1-10 µg/liter. Dalam air laut kadar Pb lebih rendah dari
dalam air tawar. Laut yang dikatakan terbebas dari pencemaran mengandung
Pb sekitar 0,07 µg/L. Secara alami Pb juga ditemukan di udara yang
kadarnya berkisar antara 0.0001- 0.001 µg/m3 (Sudarmaji 2006).
Logam Pb dapat masuk ke dalam tubuh melalui pernapasan, makanan, dan
minuman (Astawan 2008). Logam Pb tidak dibutuhkan oleh manusia, sehingga
bila makanan tercemar oleh logam tersebut, tubuh akan mengeluarkannya
sebagian. Sisanya akan terakumulasi pada bagian tubuh tertentu seperti ginjal,
hati, kuku, jaringan lemak, dan rambut. Pb dapat mempengaruhi sistem saraf,
inteligensia, dan pertumbuhan. Pb di dalam tubuh terikat pada gugus SH dalam
molekul protein dan hal ini menyebabkan hambatan pada aktivitas kerja sistem

11
enzim. Efek logam Pb pada kesehatan manusia adalah menimbulkan kerusakan
otak, kejang-kejang, gangguan tingkah laku, dan bahkan kematian.
Timbal merupakan logam penting dari sudut pandang toksikologi
lingkungan, logam ini sampai ke udara dan air dari banyak sumber

seperti

peleburan timah, produsen baterai, industri kertas dan pulp, bahan bakar perahu
dan kapal, amunisi industri, dan lain-lain. Efek toksisitas timbal seperti pada
sistem saraf, sistem sirkulasi darah, sistem kardiovaskular, organ vital seperti
otak dan ginjal, serta mengganggu pengembangan IQ dan lain-lain telah banyak
dilaporkan (Gupta & Bhattacharyya, 2008). Konsentrasi ion Pb mencapai 200-500
mg/L dalam limbah cair industri, nilai tersebut sangat tinggi untuk standar kualitas
air dan harus dikurangi sampai 0.1-0.05 mg/L (Ghassabzadeh et al. 2010).

Isoterm adsorpsi
Isoterm adsorpsi menyatakan hubungan spesifik antara konsentrasi sorbent
(fasa teradsorpsi) dan

terdistribusinya pada permukaan adsorben pada suhu

konstan. Kesetimbangan adsorpsi biasanya digambarkan dengan persamaan
isoterm, di mana parameter-parameternya menunjukkan sifat permukaan dan
afinitas dari adsorben. Beberapa penelitian dilakukan untuk menyelidiki isoterm
adsorpsi antara ion logam pada pH optimum, jumlah adsorben dan waktu kontak
dengan mengubah konsentrasi ion awal dalam larutan dalam rentang 5-50 mg/L
(Gupta & Bhattacharyya, 2008; Ghassabzadeh et al. 2010). Terdapat beberapa
jenis persamaan isoterm adsorpsi. Tipe isoterm adsorpsi yang sering digunakan
secara luas adalah (Subramanyam & Das, 2009):
(a) Isoterm Langmuir
Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas asumsi, (1) adsorpsi hanya
terjadi pada lapisan tunggal (monolayer), (2) panas adsorpsi tidak tergantung pada
penutupan permukaan, (3) semua bagian dan permukaannya bersifat homogen,
dan (4) sejumlah tertentu tapak aktif adsorben yang membentuk ikatan kovalen
atau ion. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis
dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul yang
diadsorpsi pada permukaan adsorben dangan molekul-molekul yang tidak

12
teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai
berikut (Gupta & Bhattacharyya, 2008; Ghassabzadeh et al. 2010):
=

(1)

dengan qe = jumlah adsorbat yang teradsorpsi per unit bobot adsorben pada
kesetimbangan (mg/g), qm = kapasitas adsorpsi maksimum (mg/g), Ce =
konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan (mg/L), b = konstanta yang
berhubungan dengan energi bebas adsorpsi (L/mg).
(b) Isoterm Freundlich
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan pada asumsi, (1)
terbentuknya adsorpsi beberapa lapisan (multilayer) dari molekul-molekul
adsorbat pada adsorben, (2) bagian tapak aktif pada permukaan adsorben bersifat
heterogen, dan (3) hanya melibatkan gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat
bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben.
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut (Gupta &
Bhattacharyya, 2008; Ghassabzadeh et al. 2010):
=

(2)

dengan KF = konstanta, yang menggambarkan kapasitas adsorpsi relatif dari
adsorben ((mgg-1)(mgl-1)n), n = konstanta yang menggambarkan intensitas
adsorpsi. Gambar persamaan linear Langmuir dan Freundlich diperoleh dengan
memplot berturut-turut Ce/qe vs Ce dan log qe vs log Ce, dan dengan persamaan
tersebut koefisien dapat dicari.
Persamaan Langmuir juga digunakan untuk memperoleh nilai RL, yang
menggambarkan dimensi parameter kesetimbangan atau faktor pemisahan dengan
persamaan (Ghassabzadeh et al. 2010):

berdasarkan

nilai

R,

=

bentuk

(3)
isoterm

dapat

ditafsirkan

sebagai

R>1

menggambarkan adsorpsi yang kurang baik, R = 1 adsorpsi linear, 0