TRANSFER MASSA PADA ADSORBSI LOGAM KHROM DAI LIMBAH ELEKTROPLATING MENGGUNAKAN ECENG GONDOK SEBAGAI ADSORBEN.
EKUILIBRIUM
Vol. 9. No. 1. Halaman : 35 – 40
ISSN : 1412-9124
Januari 2010
TRANSFER MASSA PADA ADSORBSI LOGAM KHROM
DARI LIMBAH ELEKTROPLATING
MENGGUNAKAN ECENG GONDOK SEBAGAI ADSORBEN
Endang Kwartiningsih*, Novi Anitra, Putukeda Pungky T.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
*Email : end_kwart@uns.ac.id
Abstract : Nowadays, industrial waste causes pollution to the environment, especially river
stream. For example, the waste of electroplating industries is still containing chrome metal
above the concentration’s limit. Eceng gondok (Eichhornia crassipes) can reduce chrome
concentration by adsorption method. The purpose of this research was to know volumetric
mass transfer coefficient (kca) value of chrome adsorption. This research had been done in a
stirrer tank using eceng gondok as adsorbent. Every 30 minutes, the liquid waste from the
stirrer tank was analyzed using AAS, so we knew how much chrome concentration after
adsorption process. By comparing chrome concentration of experiment and calculation,
volumetric mass transfer coeficient value (kca) value can be obtained. The higher flow rate of
agitation, the higher value of volumetric mass transfer coefficient. From analysis of dimension,
the correlation of rate of agitation and kca was :
kca di 2
N di 2
0
.
0105
DL
1.342
Keywords : adsorption, chrome, Eichhornia crassipes, volumetric mass transfer
coefficient, waste of electroplating industry.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi yang pesat
mendorong pertumbuhan industri yang memiliki
andil besar pada pencemaran lingkungan. Salah
satunya yaitu industri elektroplating, kegiatan
elektroplating selain menghasilkan produk yang
berguna, juga menghasilkan limbah cair. Limbah
cair industri elektroplating mengandung zat-zat
kimia maupun logam-logam berat berbahaya,
Limbah cair industri elektroplating mengandung
zat-zat kimia maupun logam-logam berat
berbahaya. Hasil analisa pada sisa pembilasan
terakhir salah satu industri elektroplating di
Surakarta masih mengandung logam khrom
1,7957 mg/L, logam nikel 0,783 mg/L, dan
logam tembaga kurang dari 0,004 mg/L. Logam
khrom dapat menyebabkan iritasi pada kulit,
asma, gangguan ginjal, dan jantung
jika
terakumulasi dalam tubuh. Limbah tersebut
harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke
lingkungan agar kandungan logam khrom di
dalamnya berkurang dan tidak mencemari
lingkungan. Menurut PERDA Jawa Tengah No
10 Tahun 2004 Tentang Baku Mutu Air Limbah
ambang batas untuk logam khrom di perairan
adalah 0,1 mg/L.
Untuk mengurangi kandungan logam
khrom dalam limbah elektroplating yang
melebihi ambang batas tersebut maka perlu
diadakan suatu penelitian yaitu dengan proses
adsorpsi yang memanfaatkan eceng gondok
sebagai adsorbennya. Walaupun eceng gondok
dianggap sebagai gulma di perairan, tetapi
sebenarnya ia berperan dalam menangkap
polutan logam berat, karena akar eceng gondok
dapat membentuk suatu zat khelat yaitu
fitosidorof. Zat inilah yang akan mengikat logam
dan kemudian membawanya ke dalam sel akar.
Tujuan penelitian ini adalah untuk
memanfaatkan eceng gondok sebagai adsorben
logam khrom dari limbah industri electroplating
dan menentukan koefisien transfer massa (kca)
pada variasi kecepatan pengadukan.
LANDASAN TEORI
Eceng
gondok
(Latin:
Eichhornia
crassipes) adalah salah satu jenis tumbuhan air
mengapung dan kadang-kadang berakar dalam
tanah. Eceng Gondok pada mulanya hanya
dikenal sebagai tanaman gulma air karena pada
musim kemarau eceng gondok mampu
menyusutkan air 3 sampai 4 kali lebih cepat
dibanding jika tidak ada eceng gondoknya
sehingga perairan akan menjadi lebih cepat
dangkal, sedangkan pada musim penghujan
perkembangan eceng gondok sangat cepat
35
menyebabkan eceng gondok dapat menutupi
seluruh permukaan air dan dapat menyumbat
saluran-saluran air. Akar eceng gondok
merupakan akar serabut yang berfungsi sebagai
organ penyerap dan penyalur unsur-unsur hara
ke bagian yang lain. Sesuai dengan fungsinya,
maka akar akan banyak menyerap unsur hara
sehingga akumulasi logam akan lebih tinggi di
akar dibandingkan dengan batang dan daun
(Mukti A.M, 2008).
Pada akar Eceng gondok dapat
membentuk suatu zat khelat yaitu fitosidorof. Zat
inilah yang akan mengikat logam dan kemudian
membawanya ke dalam sel akar. Dengan
adanya
pembentukan
zat
khelat
akan
mempermudah logam melintasi epidermis akar
dan masuk kedalam sel-sel akar, sehingga
mengakibatkan logam yang terakumulasi juga
tinggi (Nda, 2002).
Elektroplating adalah proses pelapisan
dengan menggunakan arus listrik dalam suatu
larutan elektrolit. Logam yang akan dilapiskan
bertindak sebagai anoda yang dihubungkan
dengan kutub positif dari sumber tegangan,
dibenamkan ke dalam larurtam elektrolit. Logam
yang akan dilapisi (benda kerja) berlaku sebagai
katoda dan dihubungkan dengan kutub negatif
dari sumber tegangan. Jika sumber tegangan
dinyalakan maka arus akan mengalir melalui
larutan elektrolit, sehingga menyebabkan anoda
melarut dan selanjutnya menempel pada katoda
membentuk suatu lapisam logam.
Mn+ merupakan ion logam yang dihasilkan dan
terlarut dalam larutan elektrolit, sedangkan
reaksi yang terjadi pada anoda (logam pelapis)
n+
M ne + M
Adsorpsi
adalah
terserapnya
atau
terikatnya suatu substansi (adsorbat) pada
permukaan yang dapat menyerap (adsorben).
Adsorpsi dapat terjadi antara zat padat dan zat
cair ( Negi A.S, 2007).
Proses adsorpsi terjadi pada permukaan
pori-pori dalam butir adsorben, sehingga untuk
bisa teradsorpsi, khrom dari cairan mengalami
proses seri sebagai berikut:
1. Perpindahan massa khrom dari cairan ke
permukaan butir melalui lapisan film
2. Difusi dari permukaan butir ke dalam butir
melalui pori
3. Perpindahan massa dari cairan dalam pori
ke dinding pori
4. Adsorpsi pada dinding pori
N CCr
Cair
padat
C* Cr
C Cr
Interface
Sumber
Anoda
Perpindahan
Ion
Tegangan
Gambar 2. Peristiwa Transfer Massa
Padatan ke Cairan
Katoda
Laru tan Elektrolit
Gambar 1. Pelapisan logam secara listrik
(elektroplating)
Pelapisan logam khrom dapat dilakukan
dengan diawali proses pelapisan perantara
setelah benda kerja dibersihkan dan dibilas.
Pertama,
dilakukan
pelapisan
tembaga,
pelapisan kedua yaitu pelapisan nikel,
Selanjutnya, pelapisan khrom dilakukan dengan
menggunakan timbal sebagai anodanya dan
larutan elektrolitnya terdiri dari Cromic acid
(H2CrO4), asam sulfat dan air.
Reaksi yang berlaku pada katoda :
Mn+ + ne- M (logam yang dilapisi)
36
Perpindahan massa dari cairan dalam pori
ke dinding pori (proses 3) umumnya
berlangsung sangat cepat sehingga tidak
mengontrol. Adsorpsi pada dinding pori (proses
4) umumnya berlangsung relative sangat cepat,
sehingga tidak mengontrol juga. Jadi yang
umumnya
mengontrol
kecepatan
proses
adsorpsi adalah proses 1 atau proses 2 atau
keduanya. Butir-butir sangat kecil sehingga
difusi dari permukaan kedalam butir (proses 2)
berlangsung relative sangat cepat sehingga
tidak mengontrol. Akibatnya yang mengontrol
adalah perpindahan massa dari khrom dari
cairan ke permukaan butir melalui permukaan
film yang kecepatannya dapat didekati dengan
persamaan :
g
Ncr
kc a Ccr Ccr * ..(1)
waktu.volumcairan
E K U I L I B R I U M Vol. 9. No. 1. Januari 2010 : 35 - 40
Misal hubungan kesetimbangan adsorbsi dapat
didekati dengan persamaan hukum Henry.
Ccr*=H.Xcr ……….…………….....................(2)
untuk menghitung kadar CCr dalam limbah
industri
elektroplating
di
dalam
tangki
berpengaduk, serta kadar CCr yang terserap oleh
adsorben pada berbagai variasi berat dan
kecepatan pengadukan.
Neraca massa khrom dalam fase cair adalah :
rate of input – rate of output = rate of
accumulation
d (Ccr.V ) ...................................(3)
0 Ncr.V
dt
Karena volume larutan tetap maka, :
d (Ccr ) ...........................................(4)
Ncr
dt
Kemudian persamaan (1) disubstitusi ke
persamaan (4) sehingga diperoleh :
kca Ccr Ccr * = d (Ccr) ……....…............(5)
dt
Dan persamaaan (2) disubsbtitusi ke persamaan
(5), maka :
d Ccr
.............................(6)
kc a .dt
Ccr H .Xcr
Neraca Massa Total khrom :
Massa awal Cr di adsorben + Massa awal Cr di
larutan bulk = Massa akhir Cr di adsorben +
Massa akhir Cr di larutan bulk
W.Xcr,0 + V.Ccr,0 = W. Xcr +V.Ccr ...........(7)
Pada saat kondisi awal adsorben tidak
mengandung Cr, maka Xcr,0=0
0 + V.Ccr,0 = W. Xcr +V.Ccr .....................(8)
V.Ccr,0 - V.Ccr = W.Xcr ..............................(9)
V (Ccr,0 -.Ccr) = W. Xcr ............................(10)
Xcr = V/W.(Ccr,0 -.Ccr) ............................(11)
Persamaan (11) disubstitusi ke persamaan (6)
dan di dapatkan :
d Ccr
…..……...……...…(12)
Ccr H . Xcr
d Ccr
…....(13)
kc a .dt
Ccr H .(V / W ).(Ccr , 0 Ccr )
d Ccr
kca .Ccr H .(V / W ).(Ccr,0 Ccr) ...(14)
dt
Kemudian
dengan
program
Matlab,
penyelesaian
numeris
dari
persamaan
diferensial tersebut dapat diselesaikan. Dengan
program matlab tersebut dapat dihitung harga
kca pada berbagai kecepatan pengadukan.
Harga kca optimum dapat ditentukan dengan
membuat selisih kuadrat antara Ccr data
kca .dt
percobaan dengan Ccr hasil perhitungan yang
memberikan nilai jumlah kuadrat kesalahan
(Sum of Squares of Error) minimum untuk
mengecek kesesuaian model matematis yang
diajukan.
SSE minimum = ∑ (Ccr data – Ccr hitung)
2
Hubungan antara kecepatan pengadukan
dan kca dapat dinyatakan dalam persamaan
Kelompok Tak Berdimensi berikut ini :
kca di 2
N di 2
K
DL
C
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian
ini adalah limbah cair industri elektroplating dan
eceng gondok.
Alat
3
1
2
4
5
Keterangan :
1. Klem
2. Statif
3. Motor Pengaduk
4. Pengaduk
5. Gelas Beaker
Gambar 3. Rangkaian Alat Adsorbsi
Serbuk
eceng
gondok
disiapkan,
kemudian bahan baku(CCr0) (limbah cair industri
elektroplating)
dianalisa
kadar
khrom
mengguanakan AAS. Penentuan konstanta
Henry dilakukan dengan cara menimbang
adsorben (eceng gondok) sebanyak 3 gram dan
memasukkannya ke dalam beaker glass dan di
tambahkan cairan limbah sebanyak 200 mL
seperti pada gambar 3. Setelah itu, cairan dalam
beaker glass tersebut diambil sampelnya tiap 30
menit dan dianalisa dengan AAS sampai
diperoleh konsetrasi yang konstan (CCr*) dan
mengulanginya untuk variasi berat adsorben
3gram, 5gram, 7gram, 9gram dan 11gram dan
Transfer Massa pada Adsorbsi Logam Khrom dari Limbah Elektroplating Menggunakan
Eceng Gondok Sebagai Adsorben (Endang Kwartiningsih, Novi Anitra, Putukeda Pungky T)
37
13 gram. Harga konsentrasi adsorbat dalam
adsorben (XCr) dihitung dengan menggunakan
rumus :
XCr = (CCr0-CCr*).(V/W)
Sedangkan harga konstanta Henry diperoleh
dengan membuat grafik hubungan antara XCr
dan CCr*. Setelah diperoleh berat optimum
kemudian melakukan adsorbsi pada berbagai
variasi kecepatan pengadukan yaitu dengan
cara dengan memasukkan adsorben ke dalam
beaker glass, kemudian dalam beaker glass
ditambahkan cairan limbah sebanyak 200 mL
dengan kecepatan putar 100 rpm. Setelah 30
menit sampel diambil dan dianalisa dengan
AAS. Langkah-langkah di atas diulangi untuk
kecepatan putar 200 rpm, 300 rpm, 400 rpm,
dan 500 rpm. Kemudian sampel-sampel tersebut
diukur konsentrasinya dengan AAS.
Berdasarkan gambar grafik di atas, diperoleh
persamaan garis kesetimbangan sebagai berikut
Ccr* = 5715.Xcr
Hasil percobaan pada berbagai kecepatan
pengadukan dapat di lihat dalam tabel 2.
Tabel 2. Konsentrasi Akhir Cairan Limbah pada
Berbagai Variasi Kecepatan Pengadukan
dengan Berat Adsorben 11gram dan
Volume Cairan Limbah 200 mL
Waktu
(menit)
Konsentrasi
akhir
(ppm)
0
1,7957
30
0,2012
60
0,1795
90
0,1702
120
0,1887
0
1,7957
30
0,1605
60
0,1451
90
0,1719
0
1,7957
30
0,1420
-5
60
0,1229
-5
90
0,0976
0
1,7957
30
0,0935
60
0,0864
90
0,0881
0
1,7957
30
0,0806
60
0,0687
90
0,0786
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perhitungan dalam menentukan
persamaan kesetimbangan Henry disajikan
dalam Tabel 1.
Tabel 1. Harga Konsentrasi Hasil Percobaan
pada Keadaan Kesetimbangan
Kecepatan
Pengadukan
(rpm)
100
200
Berat adsorben
(gram)
Ccr *
(ppm)
Xcr (mgr Cr/mgr
adsorben)
0
0
0
3
0,4435
9,01467x10-5
5
0,4051
5,56240x10
7
0,299
4,27629x10
9
0,1989
3,54844 x10-5
11
0,1516
2,98927x10
-5
300
400
500
Dari data percobaan yang telah didapat,
harga kca diperoleh dengan penyelesaian
program matlab.
Hasil
percobaan dan
perhitungan harga konsentrasi logam khrom
pada suatu waktu dapat dilihat dalam bentuk
grafik pada gambar 5 berikut ini :
Gambar 4. Grafik Hubungan Konsentrasi Adsorbat
pada Cairan Limbah dalam Keadaan
Setimbang dan Konsentrasi Adsorbat
dalam Adsorben
38
E K U I L I B R I U M Vol. 9. No. 1. Januari 2010 : 35 - 40
Hubungan
antara
kecepatan
pengadukan dan kca dapat dicari dengan cara
regresi linier yang dapat dilihat pada gambar 6.
Dari perhitungan tersebut diperoleh harga
K = 0,0105
a = 1,342
Sehingga persamaan kelompok tak berdimensi
yang diperoleh adalah sebagai berikut :
kca di 2
N di 2
0
,
0105
DL
1, 342
Gambar 5. Grafik Hubungan Konsentrasi Khrom
Pada Cairan Limbah dari Data Percobaan
dan Perhitungan dengan Kecepatan
Pengadukan 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm,
400 rpm, 500 rpm
Dari
hasil
perhitungan
dengan
menggunakan program Matlab maka diperoleh
nilai SSE dan kca optimum pada berbagai variasi
kecepatan pengadukan seperti pada Tabel 3
berikut :
Tabel 3. Harga SSE dan kca optimum pada variasi
kecepatan pengadukan 100 rpm, 200 rpm,
300 rpm, 400 rpm, 500 rpm
Variasi
Kecepatan
kca optimum
SSE
(1/menit)
Pengadukan
100 rpm
-9
6,3 x 10
0,0334
-12
0,0638
-3
0,1749
200 rpm
5,2 x 10
300 rpm
4,9 x 10
400 rpm
6,5 x10
500 rpm
8,2 x 10
-3
0,2333
-3
0,2352
Dari hasil perhitungan di atas, dapat dilihat
bahwa kecepatan pengadukan berbanding lurus
dengan harga kca. Semakin besar kecepatan
pengadukan semakin besar pula harga kca yang
didapat, begitu juga sebaliknya. Hal tersebut
disebabkan karena pada kecepatan pengadukan
yang besar maka bilangan Reynolds yang
didapat juga besar, bilangan Reynolds yang
besar menunjukkan bahwa turbulensi cairan
yang terjadi juga besar. Adanya turbulensi yang
besar tersebut dapat menyebabkan transfer
massa yang terjadi juga akan semakin cepat.
KESIMPULAN
Eceng gondok dapat dimanfaatkan
sebagai adsorben logam khrom dari limbah
industri
electroplating.
Hubungan
antara
koefisien transfer massa dengan variabel –
variabel yang mempengaruhinya adalah sebagai
berikut:
1, 342
kca di 2
N di 2
0,0105
DL
SARAN
Perlu diteliti lagi proses adsorbsi logam
khrom menggunakan adsorben eceng gondok
ini dalam kolom fixed bed, sehingga proses bisa
kontinyu.
Gambar 6. Grafik Hubungan Konsentrasi Koefisien
Transfer Massa dengan Kecepatan
Pengadukan
DAFTAR DAN ARTI LAMBANG
Ccr,0
= Konsentrasi logam Cr awaldalam
limbah, mg/L
Ccr
= Konsentrasi logam Cr akhir
dalam limbah (setelah proses
adsorbsi), mg/L
Xcr
= Konsentrasi logam Cr akhir
dalam adsorben (konsentrasi
logam Cr yang terjerap dalam
adsorben),
mg Cr
teradsorbsi/mg adsorben
Ccr*
= Konsentrasi logam Cr akhir
dalam limbah pada keadaan
setimbang, mg Cr
teradsorbsi/mg adsorben
Transfer Massa pada Adsorbsi Logam Khrom dari Limbah Elektroplating Menggunakan
Eceng Gondok Sebagai Adsorben (Endang Kwartiningsih, Novi Anitra, Putukeda Pungky T)
39
V
W
NCr
kca
H
DL
µ
ρ
db
di
N
VL
= Volume limbah, L
= Berat adsorben yang digunakan
untuk mengadsorbsi, mg
= Fluks massa tiap satuan volume
pelarut, g/L.menit
= Koefisien transfer massa
volumetric, 1/menit
= Konstanta Henry, g adsorben/L
pelarut
= Diffusivitas solut dalam cairan,
cm2/s
= Viskositas cairan, cp
= Massa jenis cairan, gram/cm3
= Diameter butir, mm
= Diameter impeller, cm
= Kecepatan pengaduk, rpm
= Volume cairan, L
DAFTAR PUSTAKA
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1991,
“Chemical
Engineering
–
Particle
Technology and Separation Process”, vol.
2, 4th edition, Pergamon Press, Oxford.
Gude, Das, S.M., 2008, ”Adsorption of
Chromium(VI) from Aqueous Solutions by
Chemically Treated Water Hyacinth
Eichornia crassipes”, Indian Journal of
Chemical Technology, volume 15(1).
Hendro M. K. dan Sulastiningrum R., 2005,
“Pemisahan Khrom dan Nikel dari Limbah
Cair Elektropating”, www.makalah_UF.pdf.
40
Kumar, R., 2008, “ Biosorption of Chromium(VI)
from Aqueous Solution and Electroplating
Wastew ater Using Fungal Biomass” ,
Chemical Engineering Journal, volume
135, issue 3.
M ohanty, K., 2006, “ Biosorption of Cr(VI) from
Aqueous
Solutions
by
Eichhornia
crassipes” , Chemical Engineering Journal,
volume 117, issue 1.
Mukti
A.M., 2008, ”Penggunaan Tanaman
Eceng Gondok Sebagai Pre-treatment
Pengolahan Air Minum”, www.arc.uii.ac.id.
Nda, 2002, “Menyerap Logam Berat dengan
Tanaman Air”, www.mediaindo.co.id.
Negi A.S., 2007, ”A Textbook of Physical
Chemistry”, New Age International, Ltd:
New Delhi
Perry, R. H., 1997, “Perry's Chemical Engineers
Handbook”, McGraw Hill, New York.
Shofiyani, A., Gusrizal, G., 2006, “Determination
of pH Effect and Capacity Heavy Metals
Adsorption
Bay
Water
Hyacinth
(Eichhornia
crassipes)
Biomass”,
Indonesian Journal of Chemistry, Vol 6,
No 1.
Welty, J.R., Wicks, C.E., Wilson, R.E., 2004,
”Dasar-Dasar Fenomena Transport”, edisi
ke-4, Erlangga, Jakarta
E K U I L I B R I U M Vol. 9. No. 1. Januari 2010 : 35 - 40
Vol. 9. No. 1. Halaman : 35 – 40
ISSN : 1412-9124
Januari 2010
TRANSFER MASSA PADA ADSORBSI LOGAM KHROM
DARI LIMBAH ELEKTROPLATING
MENGGUNAKAN ECENG GONDOK SEBAGAI ADSORBEN
Endang Kwartiningsih*, Novi Anitra, Putukeda Pungky T.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
*Email : end_kwart@uns.ac.id
Abstract : Nowadays, industrial waste causes pollution to the environment, especially river
stream. For example, the waste of electroplating industries is still containing chrome metal
above the concentration’s limit. Eceng gondok (Eichhornia crassipes) can reduce chrome
concentration by adsorption method. The purpose of this research was to know volumetric
mass transfer coefficient (kca) value of chrome adsorption. This research had been done in a
stirrer tank using eceng gondok as adsorbent. Every 30 minutes, the liquid waste from the
stirrer tank was analyzed using AAS, so we knew how much chrome concentration after
adsorption process. By comparing chrome concentration of experiment and calculation,
volumetric mass transfer coeficient value (kca) value can be obtained. The higher flow rate of
agitation, the higher value of volumetric mass transfer coefficient. From analysis of dimension,
the correlation of rate of agitation and kca was :
kca di 2
N di 2
0
.
0105
DL
1.342
Keywords : adsorption, chrome, Eichhornia crassipes, volumetric mass transfer
coefficient, waste of electroplating industry.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi yang pesat
mendorong pertumbuhan industri yang memiliki
andil besar pada pencemaran lingkungan. Salah
satunya yaitu industri elektroplating, kegiatan
elektroplating selain menghasilkan produk yang
berguna, juga menghasilkan limbah cair. Limbah
cair industri elektroplating mengandung zat-zat
kimia maupun logam-logam berat berbahaya,
Limbah cair industri elektroplating mengandung
zat-zat kimia maupun logam-logam berat
berbahaya. Hasil analisa pada sisa pembilasan
terakhir salah satu industri elektroplating di
Surakarta masih mengandung logam khrom
1,7957 mg/L, logam nikel 0,783 mg/L, dan
logam tembaga kurang dari 0,004 mg/L. Logam
khrom dapat menyebabkan iritasi pada kulit,
asma, gangguan ginjal, dan jantung
jika
terakumulasi dalam tubuh. Limbah tersebut
harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke
lingkungan agar kandungan logam khrom di
dalamnya berkurang dan tidak mencemari
lingkungan. Menurut PERDA Jawa Tengah No
10 Tahun 2004 Tentang Baku Mutu Air Limbah
ambang batas untuk logam khrom di perairan
adalah 0,1 mg/L.
Untuk mengurangi kandungan logam
khrom dalam limbah elektroplating yang
melebihi ambang batas tersebut maka perlu
diadakan suatu penelitian yaitu dengan proses
adsorpsi yang memanfaatkan eceng gondok
sebagai adsorbennya. Walaupun eceng gondok
dianggap sebagai gulma di perairan, tetapi
sebenarnya ia berperan dalam menangkap
polutan logam berat, karena akar eceng gondok
dapat membentuk suatu zat khelat yaitu
fitosidorof. Zat inilah yang akan mengikat logam
dan kemudian membawanya ke dalam sel akar.
Tujuan penelitian ini adalah untuk
memanfaatkan eceng gondok sebagai adsorben
logam khrom dari limbah industri electroplating
dan menentukan koefisien transfer massa (kca)
pada variasi kecepatan pengadukan.
LANDASAN TEORI
Eceng
gondok
(Latin:
Eichhornia
crassipes) adalah salah satu jenis tumbuhan air
mengapung dan kadang-kadang berakar dalam
tanah. Eceng Gondok pada mulanya hanya
dikenal sebagai tanaman gulma air karena pada
musim kemarau eceng gondok mampu
menyusutkan air 3 sampai 4 kali lebih cepat
dibanding jika tidak ada eceng gondoknya
sehingga perairan akan menjadi lebih cepat
dangkal, sedangkan pada musim penghujan
perkembangan eceng gondok sangat cepat
35
menyebabkan eceng gondok dapat menutupi
seluruh permukaan air dan dapat menyumbat
saluran-saluran air. Akar eceng gondok
merupakan akar serabut yang berfungsi sebagai
organ penyerap dan penyalur unsur-unsur hara
ke bagian yang lain. Sesuai dengan fungsinya,
maka akar akan banyak menyerap unsur hara
sehingga akumulasi logam akan lebih tinggi di
akar dibandingkan dengan batang dan daun
(Mukti A.M, 2008).
Pada akar Eceng gondok dapat
membentuk suatu zat khelat yaitu fitosidorof. Zat
inilah yang akan mengikat logam dan kemudian
membawanya ke dalam sel akar. Dengan
adanya
pembentukan
zat
khelat
akan
mempermudah logam melintasi epidermis akar
dan masuk kedalam sel-sel akar, sehingga
mengakibatkan logam yang terakumulasi juga
tinggi (Nda, 2002).
Elektroplating adalah proses pelapisan
dengan menggunakan arus listrik dalam suatu
larutan elektrolit. Logam yang akan dilapiskan
bertindak sebagai anoda yang dihubungkan
dengan kutub positif dari sumber tegangan,
dibenamkan ke dalam larurtam elektrolit. Logam
yang akan dilapisi (benda kerja) berlaku sebagai
katoda dan dihubungkan dengan kutub negatif
dari sumber tegangan. Jika sumber tegangan
dinyalakan maka arus akan mengalir melalui
larutan elektrolit, sehingga menyebabkan anoda
melarut dan selanjutnya menempel pada katoda
membentuk suatu lapisam logam.
Mn+ merupakan ion logam yang dihasilkan dan
terlarut dalam larutan elektrolit, sedangkan
reaksi yang terjadi pada anoda (logam pelapis)
n+
M ne + M
Adsorpsi
adalah
terserapnya
atau
terikatnya suatu substansi (adsorbat) pada
permukaan yang dapat menyerap (adsorben).
Adsorpsi dapat terjadi antara zat padat dan zat
cair ( Negi A.S, 2007).
Proses adsorpsi terjadi pada permukaan
pori-pori dalam butir adsorben, sehingga untuk
bisa teradsorpsi, khrom dari cairan mengalami
proses seri sebagai berikut:
1. Perpindahan massa khrom dari cairan ke
permukaan butir melalui lapisan film
2. Difusi dari permukaan butir ke dalam butir
melalui pori
3. Perpindahan massa dari cairan dalam pori
ke dinding pori
4. Adsorpsi pada dinding pori
N CCr
Cair
padat
C* Cr
C Cr
Interface
Sumber
Anoda
Perpindahan
Ion
Tegangan
Gambar 2. Peristiwa Transfer Massa
Padatan ke Cairan
Katoda
Laru tan Elektrolit
Gambar 1. Pelapisan logam secara listrik
(elektroplating)
Pelapisan logam khrom dapat dilakukan
dengan diawali proses pelapisan perantara
setelah benda kerja dibersihkan dan dibilas.
Pertama,
dilakukan
pelapisan
tembaga,
pelapisan kedua yaitu pelapisan nikel,
Selanjutnya, pelapisan khrom dilakukan dengan
menggunakan timbal sebagai anodanya dan
larutan elektrolitnya terdiri dari Cromic acid
(H2CrO4), asam sulfat dan air.
Reaksi yang berlaku pada katoda :
Mn+ + ne- M (logam yang dilapisi)
36
Perpindahan massa dari cairan dalam pori
ke dinding pori (proses 3) umumnya
berlangsung sangat cepat sehingga tidak
mengontrol. Adsorpsi pada dinding pori (proses
4) umumnya berlangsung relative sangat cepat,
sehingga tidak mengontrol juga. Jadi yang
umumnya
mengontrol
kecepatan
proses
adsorpsi adalah proses 1 atau proses 2 atau
keduanya. Butir-butir sangat kecil sehingga
difusi dari permukaan kedalam butir (proses 2)
berlangsung relative sangat cepat sehingga
tidak mengontrol. Akibatnya yang mengontrol
adalah perpindahan massa dari khrom dari
cairan ke permukaan butir melalui permukaan
film yang kecepatannya dapat didekati dengan
persamaan :
g
Ncr
kc a Ccr Ccr * ..(1)
waktu.volumcairan
E K U I L I B R I U M Vol. 9. No. 1. Januari 2010 : 35 - 40
Misal hubungan kesetimbangan adsorbsi dapat
didekati dengan persamaan hukum Henry.
Ccr*=H.Xcr ……….…………….....................(2)
untuk menghitung kadar CCr dalam limbah
industri
elektroplating
di
dalam
tangki
berpengaduk, serta kadar CCr yang terserap oleh
adsorben pada berbagai variasi berat dan
kecepatan pengadukan.
Neraca massa khrom dalam fase cair adalah :
rate of input – rate of output = rate of
accumulation
d (Ccr.V ) ...................................(3)
0 Ncr.V
dt
Karena volume larutan tetap maka, :
d (Ccr ) ...........................................(4)
Ncr
dt
Kemudian persamaan (1) disubstitusi ke
persamaan (4) sehingga diperoleh :
kca Ccr Ccr * = d (Ccr) ……....…............(5)
dt
Dan persamaaan (2) disubsbtitusi ke persamaan
(5), maka :
d Ccr
.............................(6)
kc a .dt
Ccr H .Xcr
Neraca Massa Total khrom :
Massa awal Cr di adsorben + Massa awal Cr di
larutan bulk = Massa akhir Cr di adsorben +
Massa akhir Cr di larutan bulk
W.Xcr,0 + V.Ccr,0 = W. Xcr +V.Ccr ...........(7)
Pada saat kondisi awal adsorben tidak
mengandung Cr, maka Xcr,0=0
0 + V.Ccr,0 = W. Xcr +V.Ccr .....................(8)
V.Ccr,0 - V.Ccr = W.Xcr ..............................(9)
V (Ccr,0 -.Ccr) = W. Xcr ............................(10)
Xcr = V/W.(Ccr,0 -.Ccr) ............................(11)
Persamaan (11) disubstitusi ke persamaan (6)
dan di dapatkan :
d Ccr
…..……...……...…(12)
Ccr H . Xcr
d Ccr
…....(13)
kc a .dt
Ccr H .(V / W ).(Ccr , 0 Ccr )
d Ccr
kca .Ccr H .(V / W ).(Ccr,0 Ccr) ...(14)
dt
Kemudian
dengan
program
Matlab,
penyelesaian
numeris
dari
persamaan
diferensial tersebut dapat diselesaikan. Dengan
program matlab tersebut dapat dihitung harga
kca pada berbagai kecepatan pengadukan.
Harga kca optimum dapat ditentukan dengan
membuat selisih kuadrat antara Ccr data
kca .dt
percobaan dengan Ccr hasil perhitungan yang
memberikan nilai jumlah kuadrat kesalahan
(Sum of Squares of Error) minimum untuk
mengecek kesesuaian model matematis yang
diajukan.
SSE minimum = ∑ (Ccr data – Ccr hitung)
2
Hubungan antara kecepatan pengadukan
dan kca dapat dinyatakan dalam persamaan
Kelompok Tak Berdimensi berikut ini :
kca di 2
N di 2
K
DL
C
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian
ini adalah limbah cair industri elektroplating dan
eceng gondok.
Alat
3
1
2
4
5
Keterangan :
1. Klem
2. Statif
3. Motor Pengaduk
4. Pengaduk
5. Gelas Beaker
Gambar 3. Rangkaian Alat Adsorbsi
Serbuk
eceng
gondok
disiapkan,
kemudian bahan baku(CCr0) (limbah cair industri
elektroplating)
dianalisa
kadar
khrom
mengguanakan AAS. Penentuan konstanta
Henry dilakukan dengan cara menimbang
adsorben (eceng gondok) sebanyak 3 gram dan
memasukkannya ke dalam beaker glass dan di
tambahkan cairan limbah sebanyak 200 mL
seperti pada gambar 3. Setelah itu, cairan dalam
beaker glass tersebut diambil sampelnya tiap 30
menit dan dianalisa dengan AAS sampai
diperoleh konsetrasi yang konstan (CCr*) dan
mengulanginya untuk variasi berat adsorben
3gram, 5gram, 7gram, 9gram dan 11gram dan
Transfer Massa pada Adsorbsi Logam Khrom dari Limbah Elektroplating Menggunakan
Eceng Gondok Sebagai Adsorben (Endang Kwartiningsih, Novi Anitra, Putukeda Pungky T)
37
13 gram. Harga konsentrasi adsorbat dalam
adsorben (XCr) dihitung dengan menggunakan
rumus :
XCr = (CCr0-CCr*).(V/W)
Sedangkan harga konstanta Henry diperoleh
dengan membuat grafik hubungan antara XCr
dan CCr*. Setelah diperoleh berat optimum
kemudian melakukan adsorbsi pada berbagai
variasi kecepatan pengadukan yaitu dengan
cara dengan memasukkan adsorben ke dalam
beaker glass, kemudian dalam beaker glass
ditambahkan cairan limbah sebanyak 200 mL
dengan kecepatan putar 100 rpm. Setelah 30
menit sampel diambil dan dianalisa dengan
AAS. Langkah-langkah di atas diulangi untuk
kecepatan putar 200 rpm, 300 rpm, 400 rpm,
dan 500 rpm. Kemudian sampel-sampel tersebut
diukur konsentrasinya dengan AAS.
Berdasarkan gambar grafik di atas, diperoleh
persamaan garis kesetimbangan sebagai berikut
Ccr* = 5715.Xcr
Hasil percobaan pada berbagai kecepatan
pengadukan dapat di lihat dalam tabel 2.
Tabel 2. Konsentrasi Akhir Cairan Limbah pada
Berbagai Variasi Kecepatan Pengadukan
dengan Berat Adsorben 11gram dan
Volume Cairan Limbah 200 mL
Waktu
(menit)
Konsentrasi
akhir
(ppm)
0
1,7957
30
0,2012
60
0,1795
90
0,1702
120
0,1887
0
1,7957
30
0,1605
60
0,1451
90
0,1719
0
1,7957
30
0,1420
-5
60
0,1229
-5
90
0,0976
0
1,7957
30
0,0935
60
0,0864
90
0,0881
0
1,7957
30
0,0806
60
0,0687
90
0,0786
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perhitungan dalam menentukan
persamaan kesetimbangan Henry disajikan
dalam Tabel 1.
Tabel 1. Harga Konsentrasi Hasil Percobaan
pada Keadaan Kesetimbangan
Kecepatan
Pengadukan
(rpm)
100
200
Berat adsorben
(gram)
Ccr *
(ppm)
Xcr (mgr Cr/mgr
adsorben)
0
0
0
3
0,4435
9,01467x10-5
5
0,4051
5,56240x10
7
0,299
4,27629x10
9
0,1989
3,54844 x10-5
11
0,1516
2,98927x10
-5
300
400
500
Dari data percobaan yang telah didapat,
harga kca diperoleh dengan penyelesaian
program matlab.
Hasil
percobaan dan
perhitungan harga konsentrasi logam khrom
pada suatu waktu dapat dilihat dalam bentuk
grafik pada gambar 5 berikut ini :
Gambar 4. Grafik Hubungan Konsentrasi Adsorbat
pada Cairan Limbah dalam Keadaan
Setimbang dan Konsentrasi Adsorbat
dalam Adsorben
38
E K U I L I B R I U M Vol. 9. No. 1. Januari 2010 : 35 - 40
Hubungan
antara
kecepatan
pengadukan dan kca dapat dicari dengan cara
regresi linier yang dapat dilihat pada gambar 6.
Dari perhitungan tersebut diperoleh harga
K = 0,0105
a = 1,342
Sehingga persamaan kelompok tak berdimensi
yang diperoleh adalah sebagai berikut :
kca di 2
N di 2
0
,
0105
DL
1, 342
Gambar 5. Grafik Hubungan Konsentrasi Khrom
Pada Cairan Limbah dari Data Percobaan
dan Perhitungan dengan Kecepatan
Pengadukan 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm,
400 rpm, 500 rpm
Dari
hasil
perhitungan
dengan
menggunakan program Matlab maka diperoleh
nilai SSE dan kca optimum pada berbagai variasi
kecepatan pengadukan seperti pada Tabel 3
berikut :
Tabel 3. Harga SSE dan kca optimum pada variasi
kecepatan pengadukan 100 rpm, 200 rpm,
300 rpm, 400 rpm, 500 rpm
Variasi
Kecepatan
kca optimum
SSE
(1/menit)
Pengadukan
100 rpm
-9
6,3 x 10
0,0334
-12
0,0638
-3
0,1749
200 rpm
5,2 x 10
300 rpm
4,9 x 10
400 rpm
6,5 x10
500 rpm
8,2 x 10
-3
0,2333
-3
0,2352
Dari hasil perhitungan di atas, dapat dilihat
bahwa kecepatan pengadukan berbanding lurus
dengan harga kca. Semakin besar kecepatan
pengadukan semakin besar pula harga kca yang
didapat, begitu juga sebaliknya. Hal tersebut
disebabkan karena pada kecepatan pengadukan
yang besar maka bilangan Reynolds yang
didapat juga besar, bilangan Reynolds yang
besar menunjukkan bahwa turbulensi cairan
yang terjadi juga besar. Adanya turbulensi yang
besar tersebut dapat menyebabkan transfer
massa yang terjadi juga akan semakin cepat.
KESIMPULAN
Eceng gondok dapat dimanfaatkan
sebagai adsorben logam khrom dari limbah
industri
electroplating.
Hubungan
antara
koefisien transfer massa dengan variabel –
variabel yang mempengaruhinya adalah sebagai
berikut:
1, 342
kca di 2
N di 2
0,0105
DL
SARAN
Perlu diteliti lagi proses adsorbsi logam
khrom menggunakan adsorben eceng gondok
ini dalam kolom fixed bed, sehingga proses bisa
kontinyu.
Gambar 6. Grafik Hubungan Konsentrasi Koefisien
Transfer Massa dengan Kecepatan
Pengadukan
DAFTAR DAN ARTI LAMBANG
Ccr,0
= Konsentrasi logam Cr awaldalam
limbah, mg/L
Ccr
= Konsentrasi logam Cr akhir
dalam limbah (setelah proses
adsorbsi), mg/L
Xcr
= Konsentrasi logam Cr akhir
dalam adsorben (konsentrasi
logam Cr yang terjerap dalam
adsorben),
mg Cr
teradsorbsi/mg adsorben
Ccr*
= Konsentrasi logam Cr akhir
dalam limbah pada keadaan
setimbang, mg Cr
teradsorbsi/mg adsorben
Transfer Massa pada Adsorbsi Logam Khrom dari Limbah Elektroplating Menggunakan
Eceng Gondok Sebagai Adsorben (Endang Kwartiningsih, Novi Anitra, Putukeda Pungky T)
39
V
W
NCr
kca
H
DL
µ
ρ
db
di
N
VL
= Volume limbah, L
= Berat adsorben yang digunakan
untuk mengadsorbsi, mg
= Fluks massa tiap satuan volume
pelarut, g/L.menit
= Koefisien transfer massa
volumetric, 1/menit
= Konstanta Henry, g adsorben/L
pelarut
= Diffusivitas solut dalam cairan,
cm2/s
= Viskositas cairan, cp
= Massa jenis cairan, gram/cm3
= Diameter butir, mm
= Diameter impeller, cm
= Kecepatan pengaduk, rpm
= Volume cairan, L
DAFTAR PUSTAKA
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1991,
“Chemical
Engineering
–
Particle
Technology and Separation Process”, vol.
2, 4th edition, Pergamon Press, Oxford.
Gude, Das, S.M., 2008, ”Adsorption of
Chromium(VI) from Aqueous Solutions by
Chemically Treated Water Hyacinth
Eichornia crassipes”, Indian Journal of
Chemical Technology, volume 15(1).
Hendro M. K. dan Sulastiningrum R., 2005,
“Pemisahan Khrom dan Nikel dari Limbah
Cair Elektropating”, www.makalah_UF.pdf.
40
Kumar, R., 2008, “ Biosorption of Chromium(VI)
from Aqueous Solution and Electroplating
Wastew ater Using Fungal Biomass” ,
Chemical Engineering Journal, volume
135, issue 3.
M ohanty, K., 2006, “ Biosorption of Cr(VI) from
Aqueous
Solutions
by
Eichhornia
crassipes” , Chemical Engineering Journal,
volume 117, issue 1.
Mukti
A.M., 2008, ”Penggunaan Tanaman
Eceng Gondok Sebagai Pre-treatment
Pengolahan Air Minum”, www.arc.uii.ac.id.
Nda, 2002, “Menyerap Logam Berat dengan
Tanaman Air”, www.mediaindo.co.id.
Negi A.S., 2007, ”A Textbook of Physical
Chemistry”, New Age International, Ltd:
New Delhi
Perry, R. H., 1997, “Perry's Chemical Engineers
Handbook”, McGraw Hill, New York.
Shofiyani, A., Gusrizal, G., 2006, “Determination
of pH Effect and Capacity Heavy Metals
Adsorption
Bay
Water
Hyacinth
(Eichhornia
crassipes)
Biomass”,
Indonesian Journal of Chemistry, Vol 6,
No 1.
Welty, J.R., Wicks, C.E., Wilson, R.E., 2004,
”Dasar-Dasar Fenomena Transport”, edisi
ke-4, Erlangga, Jakarta
E K U I L I B R I U M Vol. 9. No. 1. Januari 2010 : 35 - 40