10
Permukaan Batang Jagung o
o o
H H
H H
o o
H H
o H
Fe H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
Fe H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H Larutan
Gambar 2.3 Interaksi Adsorben Batang Jagung dengan Ion Logam Fe
2+
[29] Gambar 2.3 menunjukkan bahwa pada proses adsorpsi, ada dua bagian
interaksi antara adsorben dan ion logam, yaitu inner sphere dan outer sphere. Inner sphere adalah interaksi antara adsorben dan ion logam Fe
2+
dimana atom Fe kehilangan satu gugus H dan langsung berikatan dengan functional group batang
jagung. Sedangkan outer sphere adalah interaksi antara adsorben dan ion logam Fe
2+
dimana salah satu gugus OH pada atom Fe berikatan dengan functional group batang jagung [29].
2.4 ADSORPSI
Adsorpsi adalah proses yang terjadi pada permukaan suatu zat padat yang berkontak dengan suatu larutan dimana terjadi akumulasi molekul-molekul larutan
pada permukaan zat padat tersebut. Zat-zat organik dalam larutan yang memiliki kelarutan yang rendah di dalam air, makin mudah pula untuk diadsorpsi dari
larutannya. Hal yang sama, makin kurang polar suatu senyawa organik makin baik teradsorpsi dari larutan yang bersifat polar ke permukaan yang non polar [13].
Substansi yang diserap disebut adsorbat sedangkan material yang berfungsi sebagai penyerap disebut adsorban [6].
2.3.1 Mekanisme Adsorpsi
Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu
Universitas Sumatera Utara
11 ikatan kimia-fisika antara substansi terlarut adsorbat dengan penyerapnya
adsorban. Proses interaksi dapat saja terjadi antara cairan dan gas, padatan atau cairan lain. Adsorpsi fisika terjadi karena adanya ikatan Van der waals, dan bila
ikatan tarik antar molekul adsorbat dengan adsorban lebih besar dari ikatan antara molekul zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan dapat diadsorpsi [14].
Sedangkan adsorpsi kimia merupakan hasil dari reaksi kimia antara molekul adsorbat dan adsorban dimana terjadi pertukaran elektron [15].
P e
rmu k
a a
n B
a ta
n g
J a
g u
n g
Gambar 2.4 Ilustrasi Proses Adsorpsi [32] Adsorpsi terhadap air buangan mempunyai tahapan proses seperti berikut
[14]: 1. Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi
adsorban. 2. Difusi adsorbat melalui lapisan film film diffusion.
3. Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorban proses pore diffusion
4. Adsorbsi adsorbat pada permukaan adsorban.
Universitas Sumatera Utara
12
2.3.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi
Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme adsorpsi adalah agitasi, karakteristik adsorbat, ukuran molekul adsorbat, pH larutan, temperatur dan waktu
kontak [14]. 1. Agitasi
Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan
terbatas. 2. Karakteristik adsorban
Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik terpenting dari adsorban. Ukuran partikel adsorban mempengaruhi tingkat adsorpsi yang
terjadi. Tingkat adsorpsi meningkat seiring mengecilnya ukuran partikel. Total kapasitas adsorpsi tergantung pada total luas permukaan dimana ukuran partikel
adsorban tidak berpengaruh besar pada total luas permukaan adsorban. 3. Ukuran molekul adsorbat
Ukuran molekul merupakan bagian yang penting dalam adsorpsi karena molekul harus memasuki micropore dari partikel adsorban untuk diadsorpsi.
Tingkat adsorpsi biasanya meningkat seiring dengan semakin besarnya ukuran molekul dari adsorbat. Kebanyakan limbah terdiri dari bahan-bahan campuran
sehingga ukuran molekulnya berbeda-beda. Pada situasi ini akan memperburuk penyaringan molekul karena molekul yang lebih besar akan menutup pori sehingga
mencegah jalan masuknya molekul yang lebih kecil. 4. Waktu Kontak
Waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan setimbang pada proses penyerapan ion logam oleh adsorban hanya beberapa menit saja [16]. Jumlah zat
yang diadsorpsi pada permukaan adsorban merupakan proses untuk mencapai kesetimbangan karena laju adsorpsi juga diikuti dengan proses desorpsi. Pada saat
mula-mula reaksi, proses adsorpsi lebih dominan daripada proses desorpsi sehingga proses adsorpsi berlangsung cepat.
Pada akhir-akhir mencapai keadaan setimbang, peristiwa adsorpsi juga cenderung mengalami perlambatan proses penyerapan pada keadaan setimbang
namun hal ini tidak terlihat secara makroskopis. Pada setiap jenis adsorban yang
Universitas Sumatera Utara
13 digunakan, waktu untuk mencapai saat setimbang berbeda-beda. Perbedaan waktu
untuk mencapai keadaan setimbang dikarenakan jenis interaksi yang terjadi antara adsorban dan adsorbat. Secara umum, waktu untuk mencapai kesetimbangan
melalui mekanisme secara fisika physisorption lebih cepat bila dibandingkan dengan mekanisme secara kimia chemisorption [17].
Adsorpsi secara fisika, interaksi antara adsorban dan adsorbat terjadi melalui pembentukan ikatan yang lebih kuat bila dibandingkan dengan mekanisme
secara kimia. Mekanisme secara kimia diawali dahulu dengan mekanise fisika, yaitu pada partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorban melalui
gaya Van der waals atau juga melalui ikatan hidrogen, kemudian diikuti mekanisme secara kimia dengan menimbulkan ikatan yang lebih kuat yaitu ikatan kovalen
dengan energi yang dilepaskan relatif tinggi, sekitar 100 kJmol [18]. 5. Keasaman pH
Tingkat keasaman atau pH mempunyai pengaruh dalam proses adsorpsi. Untuk mencapai pH optimum dalam proses adsorpsi ditandai dengan jumlah
maksimum yang dapat diserap adsorban adalah ditetapkan melalui uji laboratorium. Keasaman pH akan mempengaruhi sisi aktif biomassa serta berpengaruh pada
mekanisme adsorpsi ion logam. Pada pH yang rendah, proses adsorpsi ion logam juga semakin rendah atau lambat. Hal ini dikarenakan pada kondisi asam, gugus
fungsi yang terdapat pada adsorban terprotonasi sehingga terjadi pengikatan ion hidrogen H
+
dan ion hidronium [18]. Sementara itu ion-ion logam dalam larutan sebelum teradsorpsi oleh adsorban terlebih dahulu mengalami hidrolisis dan
menghasilkan proton [19]. Dalam kondisi pH rendah 7 permukaan adsorban akan bermuatan
positif sehingga mengalami tolakan antara pemukaan adsorban dengan ion logam akibatnya proses adsorpsi menjadi lambat dan rendah. Sementara itu pada pH tinggi
7, maka proses adsorpsi relatif tinggi, hal ini dikarenakan komplek hidrokso logam MOH
+
yang akan terbentuk di dalam larutan lebih banyak, demikian juga permukaan adsorban akan bermuatan negatif sehingga melepaskan proton sehingga
melalui gaya elektrostatik akan terjadi tarik menarik yang menyebabkan peningkatan adsorpsi [20].
Universitas Sumatera Utara
14
2.5 KAPASITAS ADSORPSI
