Adsorpsi zat warna dari limbah cair sint
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
Adsorpsi Zat Warna Dari Limbah Cair Sintetis Dengan
Menggunakan Lumpur Aktif
Augustin Eko Prasetyo, Ida Kurniawan, Sandy Budi Hartono, Suryadi Ismadji*
Jurusan Teknik Kimia Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya
Jalan Kalijudan 37, Surabaya 60114
Telp (031) 3891264; Fax (031) 3891267
e-mail : suryadi@mail.wima.ac.id
INTISARI
Industri tekstil merupakan salah satu industri yang sangat berkembang di Indonesia. Industri ini
menjadi komoditi ekspor yang diandalkan, tetapi industri tekstil ini dapat menimbulkan masalah yang serius
bagi lingkungan terutama masalah limbah cairnya. Oleh karena itu air limbah tekstil harus diolah terlebih
dahulu sebelum keluar pabrik. Alternatif pengolahannya adalah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan isoterm adsorpsi zat warna pada lumpur aktif
tersebut. Model isoterm adsorpsi yang akan digunakan adalah model Langmuir, Freundlich, dan Sips.
Penelitian dilakukan pada skala laboratorium dengan variasi penambahan volume lumpur aktif. Zat
warna yang digunakan adalah Congo Red dan Rhodamine-B. Pertama, di dalam erlenmeyer yang berisi
larutan zat warna ditambahkan lumpur aktif dengan berat tertentu. Setelah itu larutan dimasukkan di dalam
water bath shaker selama 72 jam dengan suhu dijaga pada 30 ˚C. Kemudian larutan tersebut disaring
dengan kertas saring. Setiap selang waktu 24 jam, kadar zat warna dalam larutan diukur dengan
menggunakan spektrofotometer UV/VIS. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan, dikeringkan di
dalam oven selama 1 hari dengan suhu dijaga 110 ˚C. Data yang diperoleh selanjutnya akan digunakan
untuk menentukan konstanta model Langmuir, Freundlich, dan Sips untuk kemudian di scale-up untuk
penggunaan di industri.
Dari hasil penelitian kali ini dapat disimpulkan bahwa Persamaan Freundlich lebih cocok untuk
menggambarkan isoterm adsorpsi Rhodamine-B dan Congo Red dengan adsorben lumpur aktif daripada
dengan menggunakan persamaan Langmuir dan Sips.
1. PENDAHULUAN
Saat ini masalah pengolahan limbah menjadi salah satu perhatian, terutama limbah zat warna dari
industri tekstil. Hal ini dikarenakan apabila tidak dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang,
maka limbah tersebut dapat mengakibatkan pencemaran karena zat warna yang banyak digunakan pada
industri bersifat non-biodegradable yang berarti tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme, sehingga bila
dibiarkan dapat mencemari air permukaan. Oleh karena itu limbah zat warna dari industri tekstil tidak dapat
dibuang tanpa pengolahan terlebih dahulu.
Berbagai alternatif pengolahan limbah tekstil telah dicoba, yaitu penambahan zat-zat tertentu
(koagulan atau flocculan), dengan menggunakan mikroorganisme untuk menguraikan limbah, dan adsorpsi.
Adsorpsi merupakan metode yang paling efektif dalam pengolahan limbah zat warna tersebut.
Adsorpsi merupakan suatu gejala permukaan dimana molekul suatu zat terikat pada permukaan zat
cair atau zat padat. Zat yang mengadsorpsi disebut dengan adsorben, sedangkan zat yang menempel disebut
dengan adsorbat. Dalam proses adsorpsi, zat hanya terikat pada permukaan, tidak melewati permukaan dan
terdistribusi merata ke dalam zat cair atau zat padat. Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah
lumpur akti, dimana lumpur aktif tersebut merupakan limbah pula. Diharapkan lumpur aktif dapat digunakan
untuk mengolah limbah zat warna tersebut. Untuk mengetahuinya maka digunakan persamaan isoterm
Langmuir, Freundlich, dan Sips.
Isoterm adsorpsi merupakan hubungan antara banyaknya komponen yang diadsorp oleh adsorben dan
konsentrasi atau tekanan kesetimbangan pada suhu konstan. Ada beberapa macam isoterm adsorpsi yang
digunakan pada proses adsorpsi zat warna, diantaranya yang paling umum digunakan adalah persamaan
isoterm adsorpsi Langmuir, Freundlich, dan Sips.
91
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
1.1. Persamaan Langmuir
Persamaan isoterm Langmuir memiliki bentuk sebagai berikut
C
Ce
1
= 0 + e0
q e Q .b Q
(1)
Ce adalah konsentrasi larutan zat warna pada saat equilibrium (mg/lt), qe adalah jumlah solut yang
diadsorpsi per unit berat adsorben (mg/gr), Q0 adalah konstanta kapasitas adsorpsi (mg), b adalah konstanta
energi adsorpsi (lt/mg) [1].
1.2. Persamaan Freundlich
Persamaan isoterm Freundlich memiliki bentuk sebagai berikut
q e = k f .C e
1/ n
(2)
qe adalah massa solut yang teradsorpsi tiap satuan massa adsorben. Ce adalah konsentrasi solut di dalam
larutan pada kondisi kesetimbangan. Kf dan n adalah konstanta Freundlich [2].
1.3. Persamaan Sips
Persamaan isoterm Sips memiliki bentuk sebagai berikut
(b.C e )1 / n
q = qm .
1/ n
1 + (b.C e )
(3)
q adalah jumlah adsorbat yang terserap/jumlah adsorben, qm adalah kapasitas adsorpsi dari adsorben, Ce
adalah konsentrasi keestimbangan, b adalah koefisien afinitas, n adalah nilai keheterogenan permukaan
adsorben [3].
1.4. Zat warna
Zat warna yang digunakan pada penelitian ini adalah Rhodamine-B dan Congo Red. Kedua zat warna
inilah yang sering dipakai dalam industri tekstil. Karakteristik kedua zat warna tersebut adalah:
1. Rhodamine-B
Rhodamine-B termasuk jenis zat warna Xanthene. Kelarutan Rhodamine-B dalam air < 1 gr/liter.
Diameter partikelnya sekitar 8,9405 Amstrong. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,
Rhodamine-B dapat terdegradasi maksimum hanya 32% dengan menggunakan microflora. Oleh
karena itu, Rhodamine-B tergolong sulit untuk terdegradasi atau non-biodegradable. Rumus molekul
Rhodamine-B dapat dilihat pada gambar 1 [4].
2.
Gambar 1. Struktur molekul Rhodamine-B
Congo Red
Congo Red termasuk jenis zat warna diazo. Kelarutan Congo Red dalam air 40 gr/liter. Diameter
partikelnya sekitar 9,2426 Amstrong. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Congo Red
dapat terdegradasi setelah kurang lebih 3,6 hari secara aerobic. Oleh karena itu, Congo Red
92
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
tergolong sulit untuk terdegradasi atau non-biodegradable. Rumus molekul Rhodamine-B dapat
dilihat pada gambar 2 [4].
Gambar 2. Struktur molekul Congo Red
2. METODOLOGI PERCOBAAN
2.1. Penentuan kurva baku zat warna dan pembuatan larutan zat warna
Pada penelitian ini pertama-tama dilakukan penentuan kurva baku zat warna. Mula-mula dibuat
larutan zat warna Rhodamine-B 5 mgr/l dibuat sebanyak 1000 mL. Kemudian, dibuat larutan standar
Rhodamine-B dari larutan induk sebanyak 25 mL, yang masing-masing berkonsentrasi 1 mgr/L, 2 mgr/l, 3
mgr/L, 4 mgr/L, dan 5 mgr/l. Diukur panjang gelombang maksimum dari zat warna Rhodamine-B, dengan
mengukur absorbansi larutan standar Rhodamine-B 3 mgr/L mulai dari range panjang gelombang 540-560
nm dengan menggunakan Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Dan diperoleh panjang gelombang
maksimum untuk Rhodamine-B adalah 553 nm. Dibuat kurva baku dari larutan standar tersebut. Konsentrasi
Rhodamine-B dalam sampel dapat dihitung. Diulangi cara kerja tersebut di atas untuk zat warna Congo Red
dengan range panjang gelombang mulai dari 480-540 nm. Dan diperoleh panjang gelombang maksimum
Congo red adalah 502 nm.
Pertama-tama zat warna Rhodamine-B ditimbang sebanyak 0,3 gr, kemudian zat warna tersebut
dilarutkan dalam aquades hingga 1 L dalam labu ukur. Pembuatan larutan zat warna tersebut diulangi
sebanyak 4 kali. Cara kerja tersebut di atas diulangi untuk zat warna Congo Red.
2.2. Adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif basah/segar
Pada penelitian proses adsorpsi zat warna, dimulai dengan zat warna diambil sebanyak 200 mL,
dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Kemudian, ke dalam erlenmeyer tersebut ditambahkan lumpur aktif basah
sebanyak 20, 30, 40, 50, 60, 70 ml. Setelah itu, erlenmeyer dimasukkan di dalam Water Bath Shaker
Memmert W 350, water bath shaker dijalankan selama 72 jam dan suhu dijaga pada 30 °C. Kemudian larutan
tersebut disaring dengan kertas saring, dilakukan pengecekan larutan untuk setiap selang waktu 24 jam
dengan Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan dikeringkan
di dalam Vacuum drying oven Duo-vac hingga konstan dan suhu dijaga 110°C.
2.3. Adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif kering.
Pada penelitian ini dilakukan proses adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif kering,
guna memperoleh besarnya zat warna yang di adsorpsi oleh lumpur aktif. Proses ini dimulai dengan zat
warna diambil sebanyak 200 mL, dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Kemudian, ke dalam erlenmeyer
tersebut ditambahkan lumpur aktif sebanyak 0,0497, 0,0746, 0,0994, 0,1243, 0,1491, 0,1740gr, setelah itu
lumpur aktif tersebut disaring dengan kertas saring dan kemudian dikeringkan di dalam Vacuum drying oven
Duo-vac sampai suhu 110 ºC. Setelah itu, erlenmeyer dimasukkan di dalam Water Bath Shaker Memmert W
350, water bath shaker dijalankan selama 72 jam dan suhu dijaga pada 30 °C. Kemudian larutan tersebut
disaring dengan kertas saring, dilakukan pengecekan larutan untuk setiap selang waktu 24 jam dengan
Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan dikeringkan di
dalam Vacuum drying oven Duo-vac hingga konstan dan suhu dijaga 110°C.
93
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian kali ini menggunakan adsorben lumpur aktif yang berupa liquid atau lumpur. Lumpur aktif
tersebut mengandung mikroorganisme yang dapat menguraikan zat warna (biodegradasi) selain
mengadsorpnya.
Zat warna tersebut merupakan bahan organik yang dapat diuraikan oleh bakteri. Akan tetapi, karena
pada penelitian ini ingin diketahui kapasitas adsorpsi dari lumpur aktif tersebut, maka percobaan yang
dilakukan meliputi dua tahap, yaitu dengan menggunakan lumpur aktif dan lumpur aktif kering untuk
mengetahui besarnya adsorpsi yang terjadi. Lumpur aktif kering diperoleh dengan mengeringkan lumpur
aktif dalam oven hingga beratnya konstan. Setelah proses adsorpsi, lumpur aktif yang digunakan dikeringkan
dalam oven yang bersuhu 1100C, dimana pada suhu 1100C volatile suspended solid (VSS), dalam hal ini
mikroorganisme, tidak terurai. Kemudian konsentrasi larutan setelah adsorpsi dengan menggunakan lumpur
aktif basah dikurangkan dengan konsentrasi larutan setelah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif
kering merupakan nilai biodegradasi yang terjadi.
Dari hasil analisa data percobaan dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir,
Freundlich dan Sips diperoleh parameter-parameter persamaan-persamaan tersebut seperti terlihat pada tabel
1-3.
Tabel 1. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Langmuir
Zat warna
Qo
b
Rhodamine-B
4,409 . 1010
5.0761 . 10-11
Congo Red
2528,3142
0,2475
R2
0,7562
0,8889
Tabel 2. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Freundlich
Zat warna
Kf
n
Rhodamine-B
0,0394
0,5556
Congo Red
555,9717
1,5260
R2
0,9437
0,9280
Tabel 3. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Sips
Zat warna
Qm
b
Rhodamine-B
1,052 . 104
1,049 . 10-3
Congo Red
6,016 . 105
2,809 . 10-5
R2
0,9435
0,9348
n
0,5371
0,4072
Isoterm adsorpsi untuk adsorpsi Rhodamine-B dengan menggunakan lumpur aktif dapat digambarkan
pada gambar 3-5. Pada gambar tersebut data penelitian dilambangkan dengan symbol sedangkan model
isoterm adsorpsi dilambangkan dengan garis.
500
q, mg adsorbat/gr adsorben
450
y = 0,0394 . X
R2 = 0.9437
1,7999
400
350
300
250
200
120
140
160
180
Konsentrasi, mg/l
Freundlich Rhodamine-B
Gambar 3. Grafik isoterm adsorpsi Freundlich untuk Rhodamine-B
94
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
500
0,0497 gr
q, mg adsorbat/gr adsorben
450
y = 4,409.1010 . X
1,970.1010 + X
400
0,0746 gr
R2 = 0.7562
350
0,1243 gr
0,0994 gr
300
0,1491 gr
250
0,1740 gr
200
120
140
160
180
Konsentrasi, mg/l
Gambar 4. Grafik isoterm adsorpsi Langmuir untuk Rhodamine-B
500
0,0497 gr
4
q, mg adsorbat/g adsorben
-3
1/0,5371
q = 1,052 . 10 . (1,049 . 10 . Ce)
450
1 + (1,049 . 10-3 -3 . Ce)1/0,5371
2
R = 0,9435
400
0,0746 gr
350
0,0994 gr
0,1243 gr
300
0,1491 gr
250
0,1740 gr
200
120
130
140
150
160
170
180
190
konsentrasi, mg/l
Gambar 5. Grafik isoterm adsorpsi Sips untuk Rhodamine-B
Isoterm adsorpsi untuk adsorpsi Congo Red dengan menggunakan lumpur aktif dapat digambarkan
pada gambar 6-8. Pada gambar tersebut data penelitian dilambangkan dengan symbol sedangkan model
isoterm adsorpsi dilambangkan dengan garis.
1400
0,0497 gr
q, mg adsorbat/gr adsorben
1200
y = 555,9717 . X 0,6553
R2 = 0,9280
1000
0,0746 gr
800
0,0994 gr
600
0,1243 gr
0,1740 gr
0,1491 gr
400
200
0
1
2
3
Konsentrasi, mg/l
Gambar 6. Grafik isoterm adsorpsi Freundlich untuk Congo Red
95
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
1400
0,0497 gr
q, mg adsorbat/gr adsorben
1200
y = 2528,3142 . X
3,6433 + X
1000
R2 = 0,8889
0,0746 gr
800
0,0994 gr
600
0,1243 gr
0,1740 gr
0,1491 gr
400
200
0
1
2
3
Konsentrasi, mg/l
Gambar 7. Grafik isoterm adsorpsi Langmuir untuk Congo Red
1400
0,0497 gr
q, mg adsorbat/g adsorben
1200
5
-5
1/0,4072
q = 6,016 . 10 . (2,809 . 10 . Ce)
-5
1 + (2,809 . 10 . Ce)1/0.4072
1000
R2 = 0.9348
0,0746 gr
800
0,0994 gr
600
0,1243 gr
0,1740 gr
0,1491 gr
400
200
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
konsentrasi, mg/l
Gambar 8. Grafik isoterm adsorpsi Sips untuk Congo Red
Dari gambar isoterm adsorpsi, baik untuk Rhodamine-B maupun Congo Red, dapat dilihat
bahwa semakin banyak massa lumpur aktif yang ditambahkan, maka zat warna yang bisa diadsorp
juga semakin banyak. Hal ini disebabkan oleh karena dengan semakin banyak jumlah lumpur aktif
yang ditambahkan, maka jumlah suspended solid dan mikroorganisme yang terdapat pada lumpur
aktif tersebut juga semakin banyak, dimana diketahui bahwa yang dapat mengadsorp zat warna
tersebut adalah suspended solid dan mikroorganisme yang ada pada lumpur aktif tersebut. Akan tetapi
jumlah adsorbat yang dapat diadsorp tiap satuan berat adsorben menurun seiring dengan
bertambahnya jumlah lumpur aktif yang ditambahkan. Hal ini disebabkan karena jumlah adsorbat
yang dapat diadsorp tersebut ditinjau tiap gram adsorben, sehingga meskipun yang diserap semakin
banyak, karena ditinjau tiap gram adsorben, maka jumlah adsorbat yang dapat diserap tiap gramnya
lebih sedikit.
Dari grafik isoterm adsorpsi untuk Rhodamine-B, dapat dilihat bahwa Rhodamine-B
cenderung untuk mengikuti model isoterm adsorpsi Freundlich. Dari sini dapat dikatakan bahwa
proses adsorpsi yang berlangsung terjadi secara monolayer. Selain itu, dari nilai keheterogenan (n)
yang didapat tidak sama dengan satu, yang berarti permukaan lumpur aktif yang digunakan pada
penelitian ini tidak homogen. Ketidakhomogenan tersebut diakibatkan oleh penyusun lumpur aktif
tersebut, dimana lumpur aktif seperti diketahui terdiri dari suspended solid dan mikroorganisme, serta
gugus-gugus fungsional yang dimilikinya, yaitu gugus Carboxyl dan gugus Phospat [5].
96
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
O
PO43-
-
C
OH
Gugus Carboxyl
Gugus Phosphat
Gambar 9. Gugus fungsional pada permukaan lumpur aktif.
Selain itu, dalam air, Congo Red terionisasi dalam bentuk anion (bermuatan negatif), dan RhodamineB terionisasi dalam bentuk kation (bermuatan positif). Selain itu, Rhodamine-B memiliki gugus fungsional
yang bersifat asam, yaitu -COOH dan -Cl, sedangkan Congo Red memiliki gugus fungsional -SO3 yang juga
bersifat asam. Akan tetapi, sifat asam yang dimiliki –SO3 lebih kuat daripada -Cl, sehingga pH Rhodamine-B
lebih besar daripada Congo Red. Diketahui bahwa pada pH yang semakin rendah, maka permukaan lumpur
aktif juga akan bersifat semakin positif, sehingga akan menarik ion-ion yang bermuatan negatif, dalam hal ini
Congo Red, sehingga Congo Red lebih banyak terserap daripada Rhodamine-B. [6]
Persamaan Langmuir dan Sips secara umum memberikan standard deviasi ( R2 ) yang bagus, tetapi
persamaan ini secara fisik tidak dapat mewakili isoterm adsorpsi kedua zat warna yang digunakan dalam
penelitian ini karena untuk persamaan Langmuir, harga Qo yang mewakili kapasitas adsorpsi terlalu besar.
Sedangkan untuk persamaan Sips harga parameter Qm yang mewakili kapasitas adsorpsi menunjukkan harga
yang sangat besar pula, sehingga tidak memungkinkan untuk mewakili isoterm adsorpsi zat warna tersebut
dengan menggunakan lumpur aktif.
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian adsorpsi zat warna dari limbah cair sintetis dengan menggunakan lumpur aktif
didapatkan kesimpulan bahwa proses adsorpsi Rhodamine-B dan Congo Red dengan menggunakan lumpur
aktif mengikuti isoterm adsorpsi Freundlich.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Hines, L. A. and R. N. Maddox (1985). Mass Transfer, Fundamentals and Application. New Jersey, PTR
Prentice Hall.
[2] Treybal, R. E. (1981). Mass Transfer Operations. Singapore, McGraw Hill Book Co.
[3] Ismadji, S and Bhatia, S.K., (2000), "Adsorption of Flavour Esters on Granular Activated Carbon",
Canadian Journal of Chemical engineering 78: 892-901.
[4] Djufri, Rasjid, et al., (1976). Teknologi Pengelantangan dan Pencelupan. Bandung, Institut Teknologi
Tekstil.
[5] Loukidou, M.X., Karanpantsios, T.D., Zouboulis, A.L., and Matis, K.A., (2005), "Cadmium (II)
Biosorption By Aeromonas caviae : Kinetic Modeling, Separation Science and Technology 40: 12931311
[6] Dilek, F. Sanin., (2002). "Effect of Solution Physical Chemistry on The Rheological". Department of
Environmental Engineering, Middle East Technical University 28: 207-211.
97
Adsorpsi Zat Warna Dari Limbah Cair Sintetis Dengan
Menggunakan Lumpur Aktif
Augustin Eko Prasetyo, Ida Kurniawan, Sandy Budi Hartono, Suryadi Ismadji*
Jurusan Teknik Kimia Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya
Jalan Kalijudan 37, Surabaya 60114
Telp (031) 3891264; Fax (031) 3891267
e-mail : suryadi@mail.wima.ac.id
INTISARI
Industri tekstil merupakan salah satu industri yang sangat berkembang di Indonesia. Industri ini
menjadi komoditi ekspor yang diandalkan, tetapi industri tekstil ini dapat menimbulkan masalah yang serius
bagi lingkungan terutama masalah limbah cairnya. Oleh karena itu air limbah tekstil harus diolah terlebih
dahulu sebelum keluar pabrik. Alternatif pengolahannya adalah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan isoterm adsorpsi zat warna pada lumpur aktif
tersebut. Model isoterm adsorpsi yang akan digunakan adalah model Langmuir, Freundlich, dan Sips.
Penelitian dilakukan pada skala laboratorium dengan variasi penambahan volume lumpur aktif. Zat
warna yang digunakan adalah Congo Red dan Rhodamine-B. Pertama, di dalam erlenmeyer yang berisi
larutan zat warna ditambahkan lumpur aktif dengan berat tertentu. Setelah itu larutan dimasukkan di dalam
water bath shaker selama 72 jam dengan suhu dijaga pada 30 ˚C. Kemudian larutan tersebut disaring
dengan kertas saring. Setiap selang waktu 24 jam, kadar zat warna dalam larutan diukur dengan
menggunakan spektrofotometer UV/VIS. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan, dikeringkan di
dalam oven selama 1 hari dengan suhu dijaga 110 ˚C. Data yang diperoleh selanjutnya akan digunakan
untuk menentukan konstanta model Langmuir, Freundlich, dan Sips untuk kemudian di scale-up untuk
penggunaan di industri.
Dari hasil penelitian kali ini dapat disimpulkan bahwa Persamaan Freundlich lebih cocok untuk
menggambarkan isoterm adsorpsi Rhodamine-B dan Congo Red dengan adsorben lumpur aktif daripada
dengan menggunakan persamaan Langmuir dan Sips.
1. PENDAHULUAN
Saat ini masalah pengolahan limbah menjadi salah satu perhatian, terutama limbah zat warna dari
industri tekstil. Hal ini dikarenakan apabila tidak dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang,
maka limbah tersebut dapat mengakibatkan pencemaran karena zat warna yang banyak digunakan pada
industri bersifat non-biodegradable yang berarti tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme, sehingga bila
dibiarkan dapat mencemari air permukaan. Oleh karena itu limbah zat warna dari industri tekstil tidak dapat
dibuang tanpa pengolahan terlebih dahulu.
Berbagai alternatif pengolahan limbah tekstil telah dicoba, yaitu penambahan zat-zat tertentu
(koagulan atau flocculan), dengan menggunakan mikroorganisme untuk menguraikan limbah, dan adsorpsi.
Adsorpsi merupakan metode yang paling efektif dalam pengolahan limbah zat warna tersebut.
Adsorpsi merupakan suatu gejala permukaan dimana molekul suatu zat terikat pada permukaan zat
cair atau zat padat. Zat yang mengadsorpsi disebut dengan adsorben, sedangkan zat yang menempel disebut
dengan adsorbat. Dalam proses adsorpsi, zat hanya terikat pada permukaan, tidak melewati permukaan dan
terdistribusi merata ke dalam zat cair atau zat padat. Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah
lumpur akti, dimana lumpur aktif tersebut merupakan limbah pula. Diharapkan lumpur aktif dapat digunakan
untuk mengolah limbah zat warna tersebut. Untuk mengetahuinya maka digunakan persamaan isoterm
Langmuir, Freundlich, dan Sips.
Isoterm adsorpsi merupakan hubungan antara banyaknya komponen yang diadsorp oleh adsorben dan
konsentrasi atau tekanan kesetimbangan pada suhu konstan. Ada beberapa macam isoterm adsorpsi yang
digunakan pada proses adsorpsi zat warna, diantaranya yang paling umum digunakan adalah persamaan
isoterm adsorpsi Langmuir, Freundlich, dan Sips.
91
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
1.1. Persamaan Langmuir
Persamaan isoterm Langmuir memiliki bentuk sebagai berikut
C
Ce
1
= 0 + e0
q e Q .b Q
(1)
Ce adalah konsentrasi larutan zat warna pada saat equilibrium (mg/lt), qe adalah jumlah solut yang
diadsorpsi per unit berat adsorben (mg/gr), Q0 adalah konstanta kapasitas adsorpsi (mg), b adalah konstanta
energi adsorpsi (lt/mg) [1].
1.2. Persamaan Freundlich
Persamaan isoterm Freundlich memiliki bentuk sebagai berikut
q e = k f .C e
1/ n
(2)
qe adalah massa solut yang teradsorpsi tiap satuan massa adsorben. Ce adalah konsentrasi solut di dalam
larutan pada kondisi kesetimbangan. Kf dan n adalah konstanta Freundlich [2].
1.3. Persamaan Sips
Persamaan isoterm Sips memiliki bentuk sebagai berikut
(b.C e )1 / n
q = qm .
1/ n
1 + (b.C e )
(3)
q adalah jumlah adsorbat yang terserap/jumlah adsorben, qm adalah kapasitas adsorpsi dari adsorben, Ce
adalah konsentrasi keestimbangan, b adalah koefisien afinitas, n adalah nilai keheterogenan permukaan
adsorben [3].
1.4. Zat warna
Zat warna yang digunakan pada penelitian ini adalah Rhodamine-B dan Congo Red. Kedua zat warna
inilah yang sering dipakai dalam industri tekstil. Karakteristik kedua zat warna tersebut adalah:
1. Rhodamine-B
Rhodamine-B termasuk jenis zat warna Xanthene. Kelarutan Rhodamine-B dalam air < 1 gr/liter.
Diameter partikelnya sekitar 8,9405 Amstrong. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,
Rhodamine-B dapat terdegradasi maksimum hanya 32% dengan menggunakan microflora. Oleh
karena itu, Rhodamine-B tergolong sulit untuk terdegradasi atau non-biodegradable. Rumus molekul
Rhodamine-B dapat dilihat pada gambar 1 [4].
2.
Gambar 1. Struktur molekul Rhodamine-B
Congo Red
Congo Red termasuk jenis zat warna diazo. Kelarutan Congo Red dalam air 40 gr/liter. Diameter
partikelnya sekitar 9,2426 Amstrong. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Congo Red
dapat terdegradasi setelah kurang lebih 3,6 hari secara aerobic. Oleh karena itu, Congo Red
92
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
tergolong sulit untuk terdegradasi atau non-biodegradable. Rumus molekul Rhodamine-B dapat
dilihat pada gambar 2 [4].
Gambar 2. Struktur molekul Congo Red
2. METODOLOGI PERCOBAAN
2.1. Penentuan kurva baku zat warna dan pembuatan larutan zat warna
Pada penelitian ini pertama-tama dilakukan penentuan kurva baku zat warna. Mula-mula dibuat
larutan zat warna Rhodamine-B 5 mgr/l dibuat sebanyak 1000 mL. Kemudian, dibuat larutan standar
Rhodamine-B dari larutan induk sebanyak 25 mL, yang masing-masing berkonsentrasi 1 mgr/L, 2 mgr/l, 3
mgr/L, 4 mgr/L, dan 5 mgr/l. Diukur panjang gelombang maksimum dari zat warna Rhodamine-B, dengan
mengukur absorbansi larutan standar Rhodamine-B 3 mgr/L mulai dari range panjang gelombang 540-560
nm dengan menggunakan Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Dan diperoleh panjang gelombang
maksimum untuk Rhodamine-B adalah 553 nm. Dibuat kurva baku dari larutan standar tersebut. Konsentrasi
Rhodamine-B dalam sampel dapat dihitung. Diulangi cara kerja tersebut di atas untuk zat warna Congo Red
dengan range panjang gelombang mulai dari 480-540 nm. Dan diperoleh panjang gelombang maksimum
Congo red adalah 502 nm.
Pertama-tama zat warna Rhodamine-B ditimbang sebanyak 0,3 gr, kemudian zat warna tersebut
dilarutkan dalam aquades hingga 1 L dalam labu ukur. Pembuatan larutan zat warna tersebut diulangi
sebanyak 4 kali. Cara kerja tersebut di atas diulangi untuk zat warna Congo Red.
2.2. Adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif basah/segar
Pada penelitian proses adsorpsi zat warna, dimulai dengan zat warna diambil sebanyak 200 mL,
dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Kemudian, ke dalam erlenmeyer tersebut ditambahkan lumpur aktif basah
sebanyak 20, 30, 40, 50, 60, 70 ml. Setelah itu, erlenmeyer dimasukkan di dalam Water Bath Shaker
Memmert W 350, water bath shaker dijalankan selama 72 jam dan suhu dijaga pada 30 °C. Kemudian larutan
tersebut disaring dengan kertas saring, dilakukan pengecekan larutan untuk setiap selang waktu 24 jam
dengan Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan dikeringkan
di dalam Vacuum drying oven Duo-vac hingga konstan dan suhu dijaga 110°C.
2.3. Adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif kering.
Pada penelitian ini dilakukan proses adsorpsi zat warna dengan menggunakan lumpur aktif kering,
guna memperoleh besarnya zat warna yang di adsorpsi oleh lumpur aktif. Proses ini dimulai dengan zat
warna diambil sebanyak 200 mL, dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Kemudian, ke dalam erlenmeyer
tersebut ditambahkan lumpur aktif sebanyak 0,0497, 0,0746, 0,0994, 0,1243, 0,1491, 0,1740gr, setelah itu
lumpur aktif tersebut disaring dengan kertas saring dan kemudian dikeringkan di dalam Vacuum drying oven
Duo-vac sampai suhu 110 ºC. Setelah itu, erlenmeyer dimasukkan di dalam Water Bath Shaker Memmert W
350, water bath shaker dijalankan selama 72 jam dan suhu dijaga pada 30 °C. Kemudian larutan tersebut
disaring dengan kertas saring, dilakukan pengecekan larutan untuk setiap selang waktu 24 jam dengan
Spektrofotometer Shimadzu UV-1201. Suspended solid yang diperoleh dari penyaringan dikeringkan di
dalam Vacuum drying oven Duo-vac hingga konstan dan suhu dijaga 110°C.
93
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian kali ini menggunakan adsorben lumpur aktif yang berupa liquid atau lumpur. Lumpur aktif
tersebut mengandung mikroorganisme yang dapat menguraikan zat warna (biodegradasi) selain
mengadsorpnya.
Zat warna tersebut merupakan bahan organik yang dapat diuraikan oleh bakteri. Akan tetapi, karena
pada penelitian ini ingin diketahui kapasitas adsorpsi dari lumpur aktif tersebut, maka percobaan yang
dilakukan meliputi dua tahap, yaitu dengan menggunakan lumpur aktif dan lumpur aktif kering untuk
mengetahui besarnya adsorpsi yang terjadi. Lumpur aktif kering diperoleh dengan mengeringkan lumpur
aktif dalam oven hingga beratnya konstan. Setelah proses adsorpsi, lumpur aktif yang digunakan dikeringkan
dalam oven yang bersuhu 1100C, dimana pada suhu 1100C volatile suspended solid (VSS), dalam hal ini
mikroorganisme, tidak terurai. Kemudian konsentrasi larutan setelah adsorpsi dengan menggunakan lumpur
aktif basah dikurangkan dengan konsentrasi larutan setelah adsorpsi dengan menggunakan lumpur aktif
kering merupakan nilai biodegradasi yang terjadi.
Dari hasil analisa data percobaan dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir,
Freundlich dan Sips diperoleh parameter-parameter persamaan-persamaan tersebut seperti terlihat pada tabel
1-3.
Tabel 1. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Langmuir
Zat warna
Qo
b
Rhodamine-B
4,409 . 1010
5.0761 . 10-11
Congo Red
2528,3142
0,2475
R2
0,7562
0,8889
Tabel 2. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Freundlich
Zat warna
Kf
n
Rhodamine-B
0,0394
0,5556
Congo Red
555,9717
1,5260
R2
0,9437
0,9280
Tabel 3. Tabel konstanta-konstanta persamaan isoterm adsorpsi Sips
Zat warna
Qm
b
Rhodamine-B
1,052 . 104
1,049 . 10-3
Congo Red
6,016 . 105
2,809 . 10-5
R2
0,9435
0,9348
n
0,5371
0,4072
Isoterm adsorpsi untuk adsorpsi Rhodamine-B dengan menggunakan lumpur aktif dapat digambarkan
pada gambar 3-5. Pada gambar tersebut data penelitian dilambangkan dengan symbol sedangkan model
isoterm adsorpsi dilambangkan dengan garis.
500
q, mg adsorbat/gr adsorben
450
y = 0,0394 . X
R2 = 0.9437
1,7999
400
350
300
250
200
120
140
160
180
Konsentrasi, mg/l
Freundlich Rhodamine-B
Gambar 3. Grafik isoterm adsorpsi Freundlich untuk Rhodamine-B
94
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
500
0,0497 gr
q, mg adsorbat/gr adsorben
450
y = 4,409.1010 . X
1,970.1010 + X
400
0,0746 gr
R2 = 0.7562
350
0,1243 gr
0,0994 gr
300
0,1491 gr
250
0,1740 gr
200
120
140
160
180
Konsentrasi, mg/l
Gambar 4. Grafik isoterm adsorpsi Langmuir untuk Rhodamine-B
500
0,0497 gr
4
q, mg adsorbat/g adsorben
-3
1/0,5371
q = 1,052 . 10 . (1,049 . 10 . Ce)
450
1 + (1,049 . 10-3 -3 . Ce)1/0,5371
2
R = 0,9435
400
0,0746 gr
350
0,0994 gr
0,1243 gr
300
0,1491 gr
250
0,1740 gr
200
120
130
140
150
160
170
180
190
konsentrasi, mg/l
Gambar 5. Grafik isoterm adsorpsi Sips untuk Rhodamine-B
Isoterm adsorpsi untuk adsorpsi Congo Red dengan menggunakan lumpur aktif dapat digambarkan
pada gambar 6-8. Pada gambar tersebut data penelitian dilambangkan dengan symbol sedangkan model
isoterm adsorpsi dilambangkan dengan garis.
1400
0,0497 gr
q, mg adsorbat/gr adsorben
1200
y = 555,9717 . X 0,6553
R2 = 0,9280
1000
0,0746 gr
800
0,0994 gr
600
0,1243 gr
0,1740 gr
0,1491 gr
400
200
0
1
2
3
Konsentrasi, mg/l
Gambar 6. Grafik isoterm adsorpsi Freundlich untuk Congo Red
95
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
1400
0,0497 gr
q, mg adsorbat/gr adsorben
1200
y = 2528,3142 . X
3,6433 + X
1000
R2 = 0,8889
0,0746 gr
800
0,0994 gr
600
0,1243 gr
0,1740 gr
0,1491 gr
400
200
0
1
2
3
Konsentrasi, mg/l
Gambar 7. Grafik isoterm adsorpsi Langmuir untuk Congo Red
1400
0,0497 gr
q, mg adsorbat/g adsorben
1200
5
-5
1/0,4072
q = 6,016 . 10 . (2,809 . 10 . Ce)
-5
1 + (2,809 . 10 . Ce)1/0.4072
1000
R2 = 0.9348
0,0746 gr
800
0,0994 gr
600
0,1243 gr
0,1740 gr
0,1491 gr
400
200
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
konsentrasi, mg/l
Gambar 8. Grafik isoterm adsorpsi Sips untuk Congo Red
Dari gambar isoterm adsorpsi, baik untuk Rhodamine-B maupun Congo Red, dapat dilihat
bahwa semakin banyak massa lumpur aktif yang ditambahkan, maka zat warna yang bisa diadsorp
juga semakin banyak. Hal ini disebabkan oleh karena dengan semakin banyak jumlah lumpur aktif
yang ditambahkan, maka jumlah suspended solid dan mikroorganisme yang terdapat pada lumpur
aktif tersebut juga semakin banyak, dimana diketahui bahwa yang dapat mengadsorp zat warna
tersebut adalah suspended solid dan mikroorganisme yang ada pada lumpur aktif tersebut. Akan tetapi
jumlah adsorbat yang dapat diadsorp tiap satuan berat adsorben menurun seiring dengan
bertambahnya jumlah lumpur aktif yang ditambahkan. Hal ini disebabkan karena jumlah adsorbat
yang dapat diadsorp tersebut ditinjau tiap gram adsorben, sehingga meskipun yang diserap semakin
banyak, karena ditinjau tiap gram adsorben, maka jumlah adsorbat yang dapat diserap tiap gramnya
lebih sedikit.
Dari grafik isoterm adsorpsi untuk Rhodamine-B, dapat dilihat bahwa Rhodamine-B
cenderung untuk mengikuti model isoterm adsorpsi Freundlich. Dari sini dapat dikatakan bahwa
proses adsorpsi yang berlangsung terjadi secara monolayer. Selain itu, dari nilai keheterogenan (n)
yang didapat tidak sama dengan satu, yang berarti permukaan lumpur aktif yang digunakan pada
penelitian ini tidak homogen. Ketidakhomogenan tersebut diakibatkan oleh penyusun lumpur aktif
tersebut, dimana lumpur aktif seperti diketahui terdiri dari suspended solid dan mikroorganisme, serta
gugus-gugus fungsional yang dimilikinya, yaitu gugus Carboxyl dan gugus Phospat [5].
96
The 4th National Conference: Design and Application of Technology 2005
O
PO43-
-
C
OH
Gugus Carboxyl
Gugus Phosphat
Gambar 9. Gugus fungsional pada permukaan lumpur aktif.
Selain itu, dalam air, Congo Red terionisasi dalam bentuk anion (bermuatan negatif), dan RhodamineB terionisasi dalam bentuk kation (bermuatan positif). Selain itu, Rhodamine-B memiliki gugus fungsional
yang bersifat asam, yaitu -COOH dan -Cl, sedangkan Congo Red memiliki gugus fungsional -SO3 yang juga
bersifat asam. Akan tetapi, sifat asam yang dimiliki –SO3 lebih kuat daripada -Cl, sehingga pH Rhodamine-B
lebih besar daripada Congo Red. Diketahui bahwa pada pH yang semakin rendah, maka permukaan lumpur
aktif juga akan bersifat semakin positif, sehingga akan menarik ion-ion yang bermuatan negatif, dalam hal ini
Congo Red, sehingga Congo Red lebih banyak terserap daripada Rhodamine-B. [6]
Persamaan Langmuir dan Sips secara umum memberikan standard deviasi ( R2 ) yang bagus, tetapi
persamaan ini secara fisik tidak dapat mewakili isoterm adsorpsi kedua zat warna yang digunakan dalam
penelitian ini karena untuk persamaan Langmuir, harga Qo yang mewakili kapasitas adsorpsi terlalu besar.
Sedangkan untuk persamaan Sips harga parameter Qm yang mewakili kapasitas adsorpsi menunjukkan harga
yang sangat besar pula, sehingga tidak memungkinkan untuk mewakili isoterm adsorpsi zat warna tersebut
dengan menggunakan lumpur aktif.
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian adsorpsi zat warna dari limbah cair sintetis dengan menggunakan lumpur aktif
didapatkan kesimpulan bahwa proses adsorpsi Rhodamine-B dan Congo Red dengan menggunakan lumpur
aktif mengikuti isoterm adsorpsi Freundlich.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Hines, L. A. and R. N. Maddox (1985). Mass Transfer, Fundamentals and Application. New Jersey, PTR
Prentice Hall.
[2] Treybal, R. E. (1981). Mass Transfer Operations. Singapore, McGraw Hill Book Co.
[3] Ismadji, S and Bhatia, S.K., (2000), "Adsorption of Flavour Esters on Granular Activated Carbon",
Canadian Journal of Chemical engineering 78: 892-901.
[4] Djufri, Rasjid, et al., (1976). Teknologi Pengelantangan dan Pencelupan. Bandung, Institut Teknologi
Tekstil.
[5] Loukidou, M.X., Karanpantsios, T.D., Zouboulis, A.L., and Matis, K.A., (2005), "Cadmium (II)
Biosorption By Aeromonas caviae : Kinetic Modeling, Separation Science and Technology 40: 12931311
[6] Dilek, F. Sanin., (2002). "Effect of Solution Physical Chemistry on The Rheological". Department of
Environmental Engineering, Middle East Technical University 28: 207-211.
97