BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Penjerapan Logam Cd,Fe dan Zn dengan Adsorben Cangkang Telur Bebek yang Telah Diaktivasi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 LIMBAH LOGAM Cd

  Logam Cd memiliki karakteristik berwarna putih keperakan seperti logam Al, tahan panas, tahan terhadap korosi dan berstruktur kristal heksagonal. Logam Cd digunakan untuk elektrolisis, bahan pigmen untuk industri cat, enamel dan plastik. Logam Cd biasanya selalu dalam bentuk campuran dengan logam lain terutama dalam pertambangan timah hitam dan Zn [11]. Sifat

• – sifat fisik logam Cd ditampilkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat Fisik Logam Cd [12]

  Sifat- Sifat Fisika

  Nama Kadmium Simbol Cd Nomor atom

  40 Massa Atom Relatif 112,4 Titik Didih 767 C Titik Leleh 321 C

  Ion logam berat masuk ke dalam jaringan tubuh makhluk hidup melalui beberapa cara seperti pernafasan, pencernaan dan penetrasi melalui kulit. Di dalam tubuh hewan logam diabsorpsi darah, berkaitan dengan protein darah yang kemudian didistribusikan ke seluruh jaringan tubuh [11].

  Ion logam Cd akan mengalami proses biotransformasi dan bioakumulasi dalam organisme hidup (tumbuhan, hewan dan manusia). Dalam tubuh biota perairan jumlah ion logam yang terakumulasi akan terus mengalami peningkatan (biomagnifikasi) dan dalam rantai makanan biota yang tertinggi akan mengalami akumulasi ion logam Cd yang lebih banyak [12].

  Ion logam Cd dalam tubuh terakumulasi dalam hati dan terutama terikat sebagai metalotinein. Di dalam senyawa metalotinein mengandung unsur sistein. Unsur sistein merupakan ion logam Cd yang terikat dalam gugus sufhidril (-SH) dalam enzim seperti karboksil, sistenil, histidil, hidroksil dan fosfatil dari protein purin. Kemungkinan besar pengaruh toksisitas ion logam Cd disebabkan oleh interaksi antara ion logam Cd dan protein tersebut, sehingga menimbulkan hambatan terhadap aktivitas kerja enzim dalam tubuh [11].

  Ion logam Cd merupakan salah satu jenis ion logam berat yang berbahaya karena elemen ini berisiko tinggi terhadap pembuluh darah. Ion logam Cd berpengaruh terhadap manusia dalam jangka waktu panjang dan dapat terakumulasi pada tubuh khususnya hati dan ginjal. Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengolahan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, konsentrasi Cd (II) yang aman untuk air minum manusia tidak lebih dari 1 ppm [12].

2.2 LIMBAH LOGAM Fe

  Logam Fe berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari

• – hari dari yang bermanfaat sampai dengan yang merusak. Logam Fe adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal itu disebabkan beberapa hal, diantaranya adalah karena kelimpahan Fe di kulit bumi cukup besar, pengolahannya relatif mudah dan murah, serta Fe mempunyai sifat
• – sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi. Logam Fe berstruktur kristal body
• – centre cubic [13]. Sifat – sifat fisik logam Fe ditampilkan pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Sifat Fisik Logam Fe [13]

  Sifat- Sifat Fisika

  Nama Besi Simbol Fe Nomor atom

  26 Massa Atom Relatif 55,847 Titik Didih 2.862 C Titik Leleh 1.538 C

  Semakin pesatnya aktivitas perindustrian dewasa ini, berbagai jenis limbah organik dan limbah logam berat yang dihasilkan dapat menjadi permasalahan serius bagi kesehatan dan lingkungan. Limbah logam berat Fe merupakan jenis limbah berbahaya yang banyak terdapat dalam limbah industri pencucian batubara dan industri lain yang menggunakan bahan bakar batubara.

  Dalam proses pencucian industri batubara, volume dan kapasitas yang sangat besar berpotensi menghasilkan limbah dalam volume yang banyak pula. Limbah cair ini banyak mengandung senyawa Fe. Untuk itu dilakukan tindakan pengolahan limbah sebelum dibuang ke lingkungan sesuai dengan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 113 Tahun 2003. Berdasarkan keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 113 Tahun 2003 tentang Baku Mutu Air Limbah bagi Usaha dan atau Kegiatan Pertambangan Batubara bahwa kandungan total Fe di dalam limbah cair dibatasi yaitu 7 mg/L [2].

2.3 LIMBAH LOGAM Zn

  Logam Zn adalah logam yang putih

• – kebiruan, berkilau dan bersifat
• – diamagnetik. Logam ini cukup mudah ditempa dan liat pada temperatur 100 C 150

  C. Logam Zn sedikit kurang padat daripada Fe dan berstruktur kristal heksagonal. Logam ini keras dan rapuh pada kebanyakan temperatur. Pada umumnya, Zn berada di alam dalam bentuk persenyawaan sulfida yaitu ZnS [14]. Sifat – sifat fisik logam Zn ditampilkan pada tabel 2.3.

Tabel 2.3 Sifat Fisik Logam Zn [13]

  Sifat- Sifat Fisika

  Nama Seng / Zinkum Simbol Zn Nomor atom

  30 Massa Atom Relatif 65,38 Titik Didih 906 C Titik Leleh 410 C

  Salah satu logam berat berbahaya dan sering mencemari lingkungan adalah logam Zn. Logam Zn termasuk unsur yang terdapat dalam jumlah berlimpah di alam. Kadar logam Zn pada kerak bumi sekitar 70 mg/kg. Kelarutan unsur Zn dan oksida Zn dalam air relatif rendah. Logam Zn yang berikatan dengan klorida dan sulfat mudah terlarut, sehingga kadar logam Zn dalam air sangat dipengaruhi oleh bentuk senyawanya. Ion logam Zn mudah terserap ke dalam sedimen dan tanah. Silika terlarut dapat meningkatkan kadar Zn. Jika perairan bersifat asam, kelarutan logam Zn meningkat. Kadar logam Zn di perairan alami < 0,05 mg/L, pada perairan asam mencapai 50 mg/L, dan pada perairan laut 0,01 mg/L. Sumber alami utama Zn adalah calamite (ZnO), sphalerite (ZnS), smithsonite (ZnCO

  3 ),

  dan wilemite (Zn

2 SiO 4 ) [3].

  Logam Zn ditemukan pada industri besi, baja, elektroplating, cat, karet, tekstil, kertas, bubur kertas, galvanisasi, saluran pembuangan pertambangan asam, bijih dan pengolahan air kota. Limbah logam Zn tidak bersifat biodegradable serta memenuhi rantai makanan melalui bioakumulasi [3].

  Logam Zn termasuk unsur yang essensial bagi makhluk hidup, yakni berfungsi membantu kerja enzim. Logam Zn juga diperlukan dalam proses fotosintesis sebagai agen bagi transfer hidrogen dan berperan dalam pembentukan protein [20]. Untuk mencegah dampak negatif dari logam berat Zn terhadap kesehatan manusia maka WHO menyatakan jumlah Zn (II) yang aman dalam air minum sebesar 5 mg/L [4].

2.4 PROSES PENGOLAHAN LIMBAH LOGAM BERAT

  Limbah logam berat umumnya bersumber dari industri elekroplating dan industri yang menggunakan batu bara. Elektroplating merupakan suatu proses elektrokimia terhadap perlakuan permukaan suatu logam. Logam

• – logam yang biasa digunakan untuk pelapis yaitu kadmium, tembaga, zinkum, emas, nikel, perak dan logam
• – logam sejenisnya. Proses ini melibatkan perlakuan pendahuluan (pencucian, pembersihan dan lan
• – langkah persiapan lain), pelapisan, pembilasan dan pengeringan [15]. Industri yang menggunakan batubara seperti industri tekstil, kertas, sepatu, minyak sawit, karet, dan lain – lain.

  Beberapa industri ini beralih dari penggunaan minyak ke batubara. Limbah yang dihasilkan cukup berbahaya jika dibuang langsung ke badan air penerima seperti sungai, danau dan laut [16]. Air yang mengandung berbagai jenis ion logam berat dapat dilakukan pengolahan dengan berbagai proses (cara) yang dapat dilihat pada tabel 2.4.

  Berdasarkan kelebihan dan kekurangan masing

• – masing proses maka dipilih proses adsorpsi untuk mengolah limbah logam berat. Hal ini disebabkan adsorben yang digunakan pada saat ini sudah berasal dari bahan yang murah dan mudah didapatkan. Dengan demikian dari segi biaya, proses adsorpsi akan

Tabel 2.4 Proses Pengolahan Limbah Logam Berat

  Proses / Cara Kelebihan Kekurangan

  Presipitasi Proses ini mudah untuk dilaksanakan karena hanya perlu Pada proses ini terjadi reaksi lebih lanjut akibat penambahan mengetahui sifat koagulasi limbah logam berat [17]. materi sebagai presipitan. Dengan adanya penambahan ini maka limbah logam berat akan semakin tercemar [17].

  Pertukaran Ion Proses ini dapat menghasilkan bahan kimia baru yang Jenis dan jumlah resin yang digunakan harus ditentukan secara dapat dimanfaatkan dari proses regenerasi resin dengan tepat terlebih dahulu. Selain itu, resin yang digunakan memiliki bahan kimia. Persentase penyisihan logam dengan harga yang mahal [17]. proses ini lebih besar (> 95%) [17].

  Koagulasi Penambahan zat aditif dalam proses ini dapat Pada proses ini memerlukan wadah yang luas dan supply memperbanyak agregat sehingga akan lebih mudah pengkoagulasian secara kontinu [17]. untuk dipisahkan secara fisik [17].

  Adsorpsi Untuk konsentrasi ion yang rendah dalam limbah juga Adsorben karbon aktif yang digunakan memiliki harga yang dapat digunakan proses adsorpsi dengan karbon aktif. relatif mahal [18].

  Karbon aktif yang digunakan dalam proses penjerapan dapat diregenerasi [18].

  Elektrolisis Proses ini termasuk ke dalam proses yang sederhana dan Dengan pemakaian gas hidrogen dalam proses elektrolisis efisien dimana proses ini berdasarkan pada pembentukan mengakibatkan biaya dalam proses pengolahan limbah logam koagulan melalui elektro – oksidasi anoda aluminium berat menjadi lebih mahal [17]. dan katoda hidrogen sehingga polutan dapat dihilangkan melalui flotasi [17].

  Ultrafiltrasi Proses ini menggunakan ukuran pori membran berkisar Peralatan yang digunakan proses ini memiliki harga yang mahal antara 0,05 µm hingga 1 nm. Semua garam terlarut dan dimana membran yang digunakan merupakan perpaduan sifat molekul yang lebih kecil dari ukuran tersebut akan antara mikrofiltrasi dan nanofiltrasi. Prosedur kerja lebih rumit melewati membran, sedangkan koloid, protein, dimulai dari tahap reduksi, tahap penetralan dan tahap kontaminan mikrobiologi, molekul organik yang ultrafiltrasi [15]. berukuran besar akan tertahan [15].

  9 Universitas Sumatera Utara menjadi murah. Selain itu, proses adsorpsi lebih mudah untuk diterapkan dalam industri.

2.5 ADSORPSI

  Adsorpsi adalah proses pemisahan dimana komponen tertentu dari suatu fasa fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menjerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil, zat penjerap ditempatkan dalam suatu hamparan tetap kemudian fluida dialirkan melalui hamparan tersebut sampai zat padat itu mendekati jenuh dan proses pemisahan yang dikehendaki tidak dapat berlangsung lagi.

  Adsorpsi biasanya dapat dijelaskan dari tegangan permukaan suatu zat padat. Molekul-molekul yang ada dalam zat padat mendapat gaya-gaya yang tidak sama sehingga untuk mengimbangi gaya-gaya bagian dalam maka molekul- molekul, biasanya gas atau cairan, menjadi tertarik ke permukaan. Gaya ini relatif rendah dan disebut gaya Van der Waals.

  Dalam peristiwa adsorpsi, zat-zat yang tertarik pada permukaan zat padat disebut dengan adsorbat, sedangkan adsorben adalah suatu adsorber dalam suatu peristiwa adsorpsi [19]. Gambar 2.1 adalah sketsa proses adsorpsi yang terjadi.

  Fasa Cair Adsorbat Adsorpsi Desorpsi

  Homogen Heterogen Adsorben Fasa Padat

Gambar 2.1 Proses Adsorpsi [20] Proses adsorpsi terjadi pada permukaan pori-pori dalam adsorben. Untuk bisa teradsorpsi, logam dalam cairan mengalami berbagai proses [21]. Secara umum, proses adsorpsi berlangsung dalam tiga tahapan yaitu [22]: 1.

  Transfer adsorbat dari larutan ke permukaan adsorben yang mana ini sering disebut sebagai difusi.

  2. Migrasi adsorbat ke dalam pori (untuk ion Fe memiliki radius ion sebesar 0,064 nm).

  3. Interaksi ion dengan sisi yang tersedia pada permukaan pori. Proses adsorpsi melibatkan kontak antara ion logam dengan pori

• – pori adsorben. Oleh karena itu, ada berbagai faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi yaitu sebagai berikut: 1.

  Jenis adsorbat

  a) Ukuran molekul adsorbat

  Ukuran molekul yang sesuai merupakan hal penting agar proses adsorpsi dapat terjadi. Hal ini disebabkan molekul-molekul yang dapat diadsorpsi adalah molekul-molekul yang diameternya lebih kecil atau sama dengan diameter pori adsorben [23].

  b) Kepolaran zat

  Apabila berdiameter sama, molekul-molekul polar lebih kuat diadsorpsi daripada molekul-molekul tidak polar. Molekul- molekul yang lebih polar dapat menggantikan molekul-molekul yang kurang polar yang terlebih dahulu teradsorpsi [23].

  2. Karakteristik adsorben

  a) Kemurnian adsorben

  Sebagai zat untuk mengadsorpsi, maka adsorben yang lebih murni lebih diinginkan karena kemampuan adsorpsi lebih baik [23].

  b) Luas permukaan dan volume pori adsorben

  Jumlah molekul adsorbat yang teradsorp meningkat dengan bertambahnya luas permukaan dan volume pori adsorben [23].

  3. Tekanan (P) Tekanan yang dimaksud adalah tekanan adsorbat. Kenaikan tekanan adsorbat dapat menaikkan jumlah yang diadsorpsi [23].

  4. Temperatur absolut (T) Temperatur yang dimaksud adalah temperatur adsorbat. Pada saat molekul-molekul gas atau adsorbat melekat pada permukaan adsorben akan terjadi pembebasan sejumlah energi yang dinamakan peristiwa eksotermis. Berkurangnya temperatur akan menambah jumlah adsorbat yang teradsorpsi demikian juga untuk peristiwa sebaliknya [23].

  5. Interaksi potensial (E) Interaksi potensial antara adsorbat dengan dinding adsorben sangat bervariasi tergantung dari sifat adsorbat dan adsorben [23].

  Dalam proses adsorpsi secara umum, terdapat dua jenis proses adsorpsi yaitu:

1. Proses Adsorpsi Kimia (Chemisorption)

  Chemisorption adalah adsorpsi kimia yang mana adsorpsi

  disebabkan oleh formasi ikatan kimia antara permukaan padatan (adsorben) dan ion logam berat (adsorbat). Jadi energi dari

  chemisorption dianggap sebagai reaksi kimia. Ini mungkin proses

  eksotermis dan endotermis dengan skala dari energi magnitudo terkecil sampai terbesar. Ini berarti bahwa kesetimbangan sebenarnya mungkin diperoleh dengan lambat. Dengan tambahan, temperatur yang tinggi diinginkan untuk tipe adsorpsi ini, adsorpsi kimia meningkat dengan meningkatnya temperatur. Efisiensi adsorpsi dari adsorben dipengaruhi oleh temperatur operasi. Sebagai contoh, bahan yang mengandung silika alumina atau kalsium oksida seperti pasir silika, kaolinit, bauksit, batu kapur dan aluminium oksida digunakan sebagai adsorben untuk menjerap ion logam berat pada temperatur yang tinggi [22].

2. Proses Adsorpsi Fisika (Physisorption)

2.6 MODEL KINETIKA ADSORPSI

1. Persamaan kecepatan reaksi orde satu semu Lagergen [19]

  Setelah dilakukan intergrasi dengan kondisi batas, untuk t = 0, q = 0, bentuknya ditunjukkan pada persamaan 2.2. log (q eq

  Persamaan kecepatan orde dua digunakan dalam proses adsorpsi secara umum. Jika kecepatan adsorpsi adalah mekanisme orde dua, maka persamaan kinetika kecepatan adsorpsi orde dua dapat dituliskan dalam persamaan 2.3.

  t (2.2) 2. Persamaan kecepatan orde dua [19] [1]

  1 2,303

  eq )

  t ) (2.1)

  Physisorption adalah proses adsorpsi fisika yang melibatkan gaya

  1 (q eq

  = k

  d dt

  Persamaan kecepatan reaksi orde satu semu Lagergen pernah digunakan dalam penjerapan logam Cd dan Zn dengan adsorben (abu sekam padi yang diaktifkan). Persamaan umum ditunjukkan pada persamaan 2.1.

  Model kinetika adsorpsi yang diperoleh digunakan untuk memeriksa kinetika adsorpsi dari logam berat dan untuk mengetahui skala kuantitas yang dijerap pada proses adsorpsi [24]. Adapun model kinetika adsorpsi adalah sebagai berikut:

  intermolekuler (gaya Van der Walls) yang mana tidak melibatkan perubahan yang terlalu besar dalam pola orbital elektron dari zat. Interaksi energi diantara adsorbat dan adsorben memiliki energi magnitudo yang sama. Jadi proses adsorpsi fisika tidak diperlukan energi aktivasi. Dalam hal ini, temperatur yang rendah diinginkan untuk adsorpsi fisika. Adsorpsi fisika secara umum bersifat reversibel, dengan menurun dalam konsentrasi bahan yang diadsorpsi dengan jumlah yang sama dengan yang diadsorpsi [22].

• – q
• – q) = log (q
• – k

d

  2

  = k (q eq (2.3)

• – q)

  dt

  Pengintegrasian persamaan ini dengan kondisi batas t = 0, q = 0 dapat dilihat dalam persamaan 2.4.

  t 1 t

  = (2.4) +

  k

e e

  Intersep dari linearisasi persamaan kecepatan orde dua adalah konstanta kecepatan orde dua.

  3. Difusi intra partikel [24] [21] Difusi Intra Partikel digunakan dalam proses adsorpsi secara umum.

  Studi difusi intra partikel yang digunakan mengikuti persamaan yang dinyatakan dengan persamaan 2.5.

  

0,5

  q = k . t + C (2.5)

  t i 0,5

  Sebuah plot q t versus t akan didapatkan garis lurus dengan slope k i dan intersep C ketika mekanisme adsorpsi mengikuti proses difusi intra

  4. Persamaan Bangham [25] Persamaan Bangham dapat digunakan untuk mewakili proses penjerapan secara umum. Persamaan Bangham digunakan untuk mempelajari tahap waktu terjadinya sistem adsorpsi dan persamaannya digambarkan dengan persamaan 2.6 pada o adalah tetap dan konstan:

  ɑ (<1) dan k

  C k o m

  log log[ ] = log [ ] + ɑ log t (2.6)

  

C m 2,303 -

o

t

  5. Persamaan Elovich [21] Persamaan Elovich berasumsi bahwa permukaan padat sesungguhnya adalah sepenuhnya heterogen. Persamaan Elovich digunakan untuk proses penjerapan secara umum. Persamaan Elovich dapat dinyatakan dengan persamaan 2.7.

  d t -ß q

_t

  = (2.7) ɑe

  dt Integrasi persamaan 2.7 dan penggunaan kondisi awal q t = 0 dan pada t = 0 dan q t = q t akan diperoleh model Elovich yang dapat ditunjukkan dengan persamaan 2.8.

  1

  1

  q = ln ( ln t (2.8)

  t

  ɑ ) + 6. Persamaan Langmuir – Hinshelwood [26]

  Persamaan Langmuir

• – Hinshelwood digunakan untuk mewakili
• – penjerapan secara umum. Persamaan model kinetika Langmuir Hinshelwood dapat diekspresikan seperti pada persamaan 2.9. Konstanta laju adsorpsi dapat ditentukan dari nilai slope kurva linear

  Co ln ( ) t

  Ct

  versus .

  o t o t Co ln ( ) k t

• C C C C

  1 Ct

• k o = (2.9)

  o t o t

• C C C C

  Adsorpsi isothermal merupakan adsorpsi yang terjadi pada kondisi temperatur konstan. Adsorpsi yang terjadi harus dalam keadaan kesetimbangan, yaitu laju desorpsi dan adsorpsi berlangsung relatif sama. Kesetimbangan adsorpsi biasanya digambarkan dengan persamaan isotherm. Parameternya menunjukkan sifat permukaan dan afinitas dari adsorben pada kondisi temperatur dan pH tetap. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk menyelidiki isotherm adsorpsi ion logam berat dan hubungannya terhadap pH, jumlah adsorben, konsentrasi ion sekutu, waktu kontak dan temperatur [18].

  Terdapat beberapa jenis persamaan isotherm adsorpsi yang sering digunakan secara luas, yaitu:

1. Isotherm Langmuir

  Isotherm ini berdasarkan asumsi bahwa [27] [28]:

  a) Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul terjerap.

b) Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama.

  c) Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.

  d) Tiap atom teradsorpsi pada lokasi tertentu di permukaan adsorben.

  e) Tiap bagian permukaan hanya dapat menampung satu molekul atau atom.

  Adapun persamaan isotherm Langmuir ditunjukan dalam persamaan 2.10 [18]:

  C

  1

  1 e

  = + ( ) C e (2.10)

  b m m e

2. Isotherm Tempkin [25]

  Model isotherm Tempkin menjelaskan tentang interaksi antara adsorben dengan adsorbatnya. Parameter Tempkin ditentukan dengan persamaan 2.11.

  T

  q t = ln (K t C e ) (2.11)

  b Model linearnya ditunjukkan dengan persamaan 2.12.

  Koefisien dari B ditunjukkan dengan persamaan 2.13.

1 T

  B

  1 = (2.13) b

  Plot dari q versus ln C yang digunakan untuk menentukan konstanta

  e e isotherm Tempkin, K t dan B 1 .

3. Isotherm Freundlich [27]

  Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isotherm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isotherm Freundlich berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penjerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya ditunjukkan dalam persamaan 2.14.

  1 n

  (2.14)

  = k C

  2 m Dari persamaan tersebut, jika konsentrasi larutan dalam kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan diperoleh gradien n dan intersep k. Dari isotherm Freundlich akan diketahui kapasitas adsorben dalam menjerap air. Isotherm Freundlich digunakan dalam penelitian yang dilakukan karena dengan isotherm Freundlich dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben.

4. Isotherm DKR [22]

  Isotherm DKR dilaporkan lebih umum daripada isotherm Langmuir dan

  Freundlich. Model DKR memiliki bentuk linear seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.15.

  2

  ln q = ln X - ß (2.15)

  e m ɛ

  Dimana:

  1

  ) (2.16) ɛ = RT ln(1 +

  C e

  2

  2

  2 Slope dari grafik ln q e versus memberikan ß (mol /J ) dan nilai

  ɛ intersep adalah kapasitas penjerapan, X m (mg/g). Nilai dari ß dan X m ,

  2

  seperti fungsi dari temperatur dengan nilai dari R . Ini bisa ditinjau bahwa nilai ß meningkat seiring dengan temperatur yang meningkat ketika nilai X m menurun dengan bertambahnya temperatur. Nilai dari energi penjerapan, E, diperoleh dari hubungan yang dinyatakan dalam persamaan 2.17.

  1

• 2

  E = (-2ß (2.17)

2.8 ADSORBEN

  Luasnya permukaan spesifik sangat mempengaruhi besarnya kapasitas penjerapan dari adsorben. Semakin luas permukaan spesifik dari adsorben, maka semakin besar pula kemampuan penjerapannya. Volume adsorben membatasi jumlah dan ukuran pori

• – pori pembentuk permukaan dalam (internal suface) yang menentukan besar atau kecilnya permukaan penjerapan spesifik. Ciri – ciri adsorben yang dibutuhkan untuk proses adsorpsi [23]:

  1. Luas permukaannya besar sehingga kapasitas adsorpsinya tinggi.

  2. Memiliki aktifitas terhadap komponen yang diadsorpsi.

  3. Memiliki daya tahan guncang yang baik.

  4. Tidak ada perubahan volume yang berarti selama proses adsorpsi dan desorpsi.

  Dengan beberapa karakteristik adsorben yang telah diketahui maka pada saat sekarang ini telah banyak jenis adsorben yang digunakan dalam proses adsorpsi. Macam

• – macam adsorben yang umum digunakan, antara lain: 1.

  Silika gel Silika gel cenderung mengikat adsorbat dengan energi yang relatif lebih kecil dan membutuhkan temperatur yang rendah untuk proses desorpsinya, dibandingkan jika menggunakan adsorben lain seperti karbon aktif dan zeolit. Kemampuan desorpsi silika gel meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur. Silika gel terbuat dari silika dengan ikatan kimia mengandung air kurang lebih 5%. Pada umumnya temperatur silika gel sampai pada 200

  C, jika dioperasikan lebih dari batas temperatur kerjanya maka kandungan air dalam silika gel akan hilang dan menyebabkan kemampuan adsorpsinya hilang [23].

  2. Karbon Aktif Karbon aktif dapat dibuat dari batu bara, kayu dan tempurung kelapa melalui proses pyrolizing dan carburizing pada temperatur 700 C sampai 800

  C. Hampir semua adsorbat dapat diserap oleh karbon aktif kecuali air. Karbon aktif dapat ditemukan dalam bentuk bubuk dan granular. Pada umumnya karbon aktif dapat mengadsorpsi metanol atau ammonia sampai dengan 30%, bahkan karbon aktif super dapat mengadsorpsi sampai dua kalinya [23].

  3. Zeolit Zeolit mengandung kristal zeolit yaitu mineral aluminosilicate yang disebut sebagai penyaring molekul. Mineral aluminosilicate ini terbentuk secara alami. Zeolit buatan dibuat dan dikembangkan untuk tujuan khusus, diantaranya 4A, 5A, 10X dan 13X yang memiliki volume rongga

  3

  antara 0,05 sampai 0,30 cm /gram dan dapat dipanaskan sampai 500 C tanpa harus kehilangan kemampuan adsorpsi dan regenerasinya. Zeolit

  4A (NaA) digunakan untuk mengeringkan dan memisahkan campuran

  hydrocarbon . Zeolit 5A (CaA) digunakan untuk memisahkan paraffins

  dan beberapa cyclic hydrocarbon. Zeolit 10X (CaX) dan 13X (NaX) memiliki diameter pori yang lebih besar sehingga dapat mengadsorpsi adsorbat pada umumnya [23].

  2.9 PEMILIHAN JENIS – JENIS ADSORBEN

  Berdasarkan pemilihan cara pengolahan limbah logam berat maka dipilih proses adsorpsi untuk mengolah limbah logam berat. Pada penelitian yang telah

• – dilakukan, ditemukan berbagai macam jenis bahan pembuatan adsorben. Jenis jenis bahan pembuatan adsorben yang digunakan dapat dilihat pada tabel 2.5.

  Dari beberapa jenis bahan adsorben pada tabel 2.5 disimpulkan bahwa adsorben dari cangkang telur merupakan adsorben yang lebih baik. Hal ini disebabkan cangkang telur merupakan limbah dapur yang banyak dibuang dari perumahan, hotel, rumah makan dan lain sebagainya. Selain itu, cangkang telur bernilai nonekonomis karena tidak memiliki manfaat bagi masyarakat. Dengan mengetahui bahwa pada cangkang telur mengandung kalsit yang dapat menjerap logam maka cangkang telur digunakan sebagai adsorben yang sesuai untuk proses adsorpsi dalam penelitian ini.

  2.10 DESKRIPSI PROSES

  Berdasarkan pemilihan proses pengolahan limbah logam berat, dipilih proses adsorpsi untuk mengolah limbah logam berat. Proses adsorpsi merupakan proses yang lebih banyak dipilih dalam dunia industri. Hal ini disebabkan biaya yang murah dan kapasitas dari adsorpsi yang baik untuk digunakan dalam penjerapan limbah logam berat.

  Berdasarkan pemilihan jenis adsorben, dipilih adsorben cangkang telur untuk digunakan sebagai adsorben dalam penjerapan limbah logam berat. Hal ini jelas terlihat bahwa kalsit pada cangkang telur dapat digunakan untuk menjerap

• – jenis Adsorben

  20 Tabel 2.5 Jenis

  Bahan Adsorben Kelebihan Kekurangan Tempurung Tanaman

  Banyak tanaman yang memiliki tempurung seperti tanaman jarak pagar dan kemiri. Tanaman ini akan diolah menjadi arang aktif. Arang aktif inilah yang sama dengan karbon aktif. Namun tidak semua tanaman memiliki kapasitas adsorpsi yang sama. Maka dari itu selalu dicari tanaman yang dapat diolah menjadi adsorben dan memiliki kapasitas adsorpsi yang sama dengan karbon aktif [26].

  Karena tidak semua tanaman memiliki kapasitas penjerapan yang sama maka tidak semua tanaman layak digunakan untuk diolah menjadi karbon aktif. Dengan demikian, bahan baku adsorben karbon aktif semakin berkurang dan membuat harganya menjadi mahal [26].

  Batu Kapur Batu kapur memiliki kalsit pada permukaannya sehingga ikatan antara logam Cd (II) dan Pb (II) dan adsorben membentuk larutan padat yang stabil [27].

  Batu kapur memiliki kegunaan lain selain sebagai adsorben, sehingga penggunaan batu kapur sebagai adsorben akan menjadi semakin sedikit [27].

  Cangkang Telur Cangkang telur merupakan limbah yang tidak dimanfaatkan.

  Jumlah cangkang telur terdapat di lingkungan dalam jumlah yang banyak dan harga yang murah. Selain itu, cangkang telur memiliki kalsit yang sama seperti batu kapur sehingga dapat digunakan sebagai adsorben [9].

  Kapasitas penjerapan dari cangkang telur tidak sebesar kapasitas penjerapan karbon aktif [9].

  Birnessite Sintetis Birnessite sintetis merupakan hasil kalsinasi antara asam sitrat dengan KMnO ^{4 . Birnessite sintetis ini merupakan} adsorben yang baik dalam penjerapan logam Cd [28].

  Pembuatan Birnessite sintetis ini lebih mahal. Hal ini disebabkan penggunaan bahan kimia dalam pembuatan birnessite sintetis seperti asam sitrat, KMnO ₄ dan HCl [28].

  Limbah Serbuk Kayu Pada limbah serbuk kayu memiliki lignin yang dapat digunakan sebagai adsorben untuk menjerap logam Cu [29].

  Proses pengolahan limbah serbuk kayu menjadi adsorben penjerap logam Cu lebih sulit. Hal ini dikarenakan pembuatan adsorben membutuhkan proses distilasi dan pemanasan serta penggunaan etanol. Dengan peralatan dan bahan tambahan membuat harga dari adsorben ini menjadi mahal [29].

  Universitas Sumatera Utara ion logam berat. Selain itu, harga cangkang telur murah dan dapat ditemukan di lingkungan.

  Berdasarkan kedua hal diatas maka dilakukanlah penelitian mengenai adsorpsi menggunakan cangkang telur. Cangkang telur yang dipilih merupakan cangkang telur bebek. Hal ini didasarkan pada hasil penelitian Arunlertaree [30], cangkang telur bebek memiliki persentase penyisihan yang paling besar. Maka dari itu, cangkang telur bebek digunakan dalam proses adsorpsi logam berat. Cangkang telur bebek yang digunakan dalam penelitian ini diolah lebih lanjut sebagai adsorben. Cangkang telur bebek dicuci dan digerus sehingga diperoleh serbuk cangkang telur bebek dengan ukuran 140 mesh. Serbuk cangkang telur akan dipanaskan pada temperatur 110

  C, 600 C dan 800 C. Adsorben yang telah dihasilkan pada berbagai temperatur akan ditentukan luas permukaannya. Penentuan luas permukaan adsorben dilakukan dengan pengujian dengan penggunaan metilen blue. Hasil pengujian ini dilaporkan dari hasil penelitian Jasinda [31], luas permukaan adsorben dengan temperatur 600 C adalah adsorben dengan luas permukaan terbesar. Maka adsorben jenis ini digunakan dalam proses adsorpsi penelitian ini.

  Proses adsorpsi penelitian ini digunakan larutan logam Cd (II), Fe (III) dan Zn (II). Ketiga jenis larutan ini akan diadsorpsi dengan adsorben cangkang telur bebek. Proses adsorpsi ini akan dibantu dengan menggunakan pengadukan dari

  magnetic stirrer. Filtrat akan diambil setiap 10 menit sampai mencapai waktu setimbang. Filtrat yang diambil akan diuji dengan menggunakan peralatan AAS.

  Data yang diperoleh dari peralatan AAS akan diolah untuk memperoleh waktu setimbang, persentase adsorpsi, kinetika adsorpsi, isotherm adsorpsi dan kapasitas adsorpsi.

2.11 ANALISA BIAYA

  Pada umumnya limbah cair elektroplating dapat diolah dengan teknik sedimentasi dan koagulasi. Pada tahun 2009 diperoleh bahwa sebanyak 438 juta liter limbah elektroplating dihasilkan [8]. Menurut Yosi [32], pengolahan limbah cair secara umum dilakukan dengan berbagai tahap yaitu:

1. Netralisasi Limbah Cair 2.

2 CO

1. Larutan Ca(OH)

  2 CO

  Total = Rp 187.000,- Apabila hasil pengolahan limbah cair elektroplating secara sedimentasi dan koagulasi dibuang ke badan air maka akan terjadi pencemaran. Hal ini disebabkan karena adanya senyawa seperti CN

  Tawas = 1 kg = Rp 35.000,-

  NaOH = 2 kg = Rp 50.000,- 5.

  2 CO 3 = 2 kg = Rp 50.000,- 4.

  = 1 liter = Rp 15.000,- 3. Na

  = 2 kg = Rp 2.000,- 2. HCl (teknis)

  2

  Larutan Ca(OH)

  pH 8

  2 dan HCl ditambahkan sesuai kebutuhan hingga tercapai

  Untuk larutan Ca(OH)

  3 dan NaOH serta 1 kg tawas.

  100 L limbah elektroplating. Dalam pengolahan limbah cair elektroplating sebanyak 100 L membutuhkan 1

  Pengaturan pH Limbah Cair 3. Penambahan Koagulan 4. Membiarkan pengendapan terjadi selama beberapa hari

  3 akan dilakukan pengolahan

  = Rp 35.000/kg Contoh perhitungan pengolahan limbah B

  = Rp 25.000/kg 5. Tawas

  = Rp 25.000/kg 4. NaOH

  3

  2 CO

  Na

  HCl = Rp 15.000/liter (teknis) 3.

  2 = Rp 935.000/ton 2.

  , NaOH dan tawas. Berikut adalah harga dari zat kimia di pasaran yaitu:

  3

  , HCl, Na

  2

  Pada keempat metode yang digunakan tersebut membutuhkan zat kimia seperti larutan Ca(OH)

• – 2 kg Na
• – 10 [32]. Berikut adalah estimasi perhitungan bahan kimia yang dibutuhkan dalam pengolahan 100 L limbah cair elektroplating: 1.
• dan Cl
• yang tidak dapat dihilangkan maka perlu proses lebih lanjut seperti proses reaksi oksidasi.
Peralatan yang digunakan adalah bak yang luas, pengaduk dan penyaring (screening). Berikut adalah estimasi biaya peralatan dan bangunan untuk pengolahan limbah cair elektroplating:

  1. = 1 buah = Rp 50.000.000,- Bak

  2. = 1 buah = Rp 80.000.000,- Pengaduk 3.

  = Rp 40.000.000,- Penyaring (Screening) = 1 buah

  Total = Rp 170.000.000,- Proses Sedimentasi dan Koagulasi memerlukan proses lanjutan agar dapat memenuhi syarat baku mutu untuk dibuang ke lingkungan, maka estimasi total biaya yang diperlukan untuk pengolahan limbah cair elektroplating dengan teknik sedimentasi dan koagulasi adalah sebagai berikut:

  1.

  = Rp 187.000,- Biaya Bahan Baku 2.

  = Rp 170.000.000,- Biaya Peralatan 3.

  = Rp 100.000.000,- Biaya Pengolahan Lanjutan

  Total = Rp 270.187.000,- Setelah diperoleh biaya untuk pengolahan limbah elektroplating dengan proses sedimentasi dan koagulasi maka akan dihitung biaya untuk pengolahan limbah elektroplating dengan proses adsorpsi. Dalam pengolahan limbah cair elektroplating sebanyak 100 L dengan metode adsorpsi membutuhkan 1 kg adsorben. Berdasarkan penelitian Jasinda [36] diperoleh harga adsorben cangkang telur bebek sebesar Rp150.000,-/kg. Berikut adalah estimasi perhitungan biaya untuk adsorben yang digunakan:

  Adsorben Cangkang Telur Bebek = 1 kg X Rp 150.000,- / kg = Rp 150.000,-

  Penjerapan dengan adsorben tidak akan menimbulkan senyawa kompleks yang dapat menimbulkan pencemaran di badan air. Peralatan yang digunakan adalah tangki pengaduk dan penyaring

  (screening). Berikut adalah estimasi biaya peralatan dan bangunan untuk pengolahan limbah cair elektroplating:

  1. = 1 buah = Rp 200.000.000,- Tangki Pengaduk 2.

  = Rp 40.000.000,- Penyaring (Screening) = 1 buah

  Total = Rp 240.000.000,- Estimasi total biaya yang diperlukan untuk pengolahan limbah cair elektroplating dengan proses adsorpsi oleh adsorben cangkang telur bebek adalah sebagai berikut: 1.

  = Rp 150.000,- Biaya Bahan Baku 2.

  = Rp 240.000.000,- Biaya Peralatan 3.

  = Rp 75.000.000,- Operasional

  Total = Rp 315.150.000,- Dari analisis biaya yang telah diperoleh terlihat bahwa biaya untuk proses sedimentasi dan koagulasi lebih mahal daripada biaya untuk proses adsorpsi. Akan tetapi ditinjau dari prosesnya, proses adsorpsi lebih menguntungkan dibandingkan proses koagulasi dan sedimentasi. Hal ini dikarena proses adsorpsi tidak akan menimbulkan senyawa baru yang membahayakan kesehatan manusia. Selain itu, waktu yang digunakan untuk mengolah limbah dengan proses adsorpsi dibandingkan dengan waktu yang digunakan untuk mengolah limbah dengan proses sedimentasi dan koagulasi. Dengan kedua hal diatas menunjukkan bahwa proses koagulasi dan sedimentasi tidaklah terlalu menguntungkan meskipun biaya pengolahan (biaya bahan baku, peralatan) koagulasi dan sedimentasi lebih murah dibandingkan dengan proses adsorpsi.