BAB II

DASAR TEORI

2.1. Adsorpsi

Adsorpsi adalah penyerapan yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya

gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat. Molekul-molekul pada

permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada

gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat

cair, mempunyai gaya adsorpsi. Proses adsorpsi digambarkan sebagai proses molekul

meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat penyerap akibat ikatan fisika

dan kimia (Sawyer et. al., 1994 dalam Masduqi dan Slamet, 2000).

Proses adsorbsi mencakup dua (2) hal penting yaitu kinetika dan termodinamika

adsorbsi. Kinetika adsorbsi meninjau laju adsorbsi dan mekanisme adsorbsi sedangkan

pada termodinamika adsorbsi ditinjau tentang kapasitas adsorbsi, tetapan kesetimbangan

dan energi yang terlibat dalam proses adsorbsi.Adsorben yang paling banyak digunakan

untuk menyerap logam berat adalah arang aktif. Hal ini dikarenakan arang aktif memiliki

ruang pori sangat banyak dengan ukuran tertentu yang dapat menangkap partikel-partikel

yang akan diserap (Irmanto dan Suyata, 2010).

Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke

dalam absorbens sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap hanya terdapat pada

permukaannya. Adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik menarik secara

elektrostatis maupun gaya tarik menarik yang diperbesar dengan ikatan koordinasi

hidrogen atau ikatan Van der Waals. Adsorpsi dibedakan menjadi dua macam, yaitu

adsorpsi secara fisika, terjadi jika adsorbat dan permukaan adsorben berikatan hanya

dengan ikatan Van der Waals. Molekul adsorbat terikat lemah dan panas adsorpsinya

rendah. Adsorpsi fisika diakibatkan kondensasi molekular dalam kapiler-kapiler dari

padatan. Secara umum, unsur-unsur dengan berat molekul yang lebih besar akan lebih

mudah diadsorpsi. Dan yang kedua adalah Adsorpsi secara kimiawi (chemi-sorption)

terjadi jika molekul adsorbat terikat dengan suatu reaksi kimia dengan permukaan

adsorben. Karena adanya ikatan kimia yang terputus dan terbentuk selama proses, maka

panas adsorpsinya hampir sama dengan panas reaksi kimia. Adsorpsi kimia menghasilkan

pembentukan lapisan monomolekular adsorbat pada permukaan melalui gaya-gaya dari

valensi sisa dari molekul-molekul pada permukaan. Hubungan antara jumlah adsorbat

yang terjerap dengan konsentrasi adsorbat dalam larutan pada keadaan kesetimbangan

dan suhu tetap dapat dinyatakan dengan isoterm adsorpsi (Treybal, 1981).

Isoterm adsorpsi ialah adsorpsi yang menggambarkan hubungan antara zat yang

teradsorpsi dengan tekanan atau konsentrasi pada keadaan kesetimbangan dan temperatur

tetap (Barrow, 1988: Alberty dan Daniel, 1983). Ada beberapa jenis isoterm adsorpsi

antara lain:

a. Isoterm Adsorpsi Langmuir

Isoterm Adsorpsi Langmuir diturunkan secara teoritis dengan menganggap

bahwa hanya sebuah adsorpsi tunggal yang terjadi. Adsorpsi tersebut

terlokalisasi, artinya molekul-molekul zat hanya dapat diserap pada tempat-

tempat tertentu dan panas adsorpsi tidak tergantung pada permukaan yang tertutup

oleh adsorben. Persamaan isoterm adsorpsi langmuir yang merupakan jenis

adsorpsi monolayer dapat dijelaskan sebagai berikut:

Dimana: m = massa yang teradsorpsi (mg)

b = kapasistas adsorpsi (mg/g)

p = konsentrasi akhir larutan (mg/L)

K = konstanta kesetimbangan adsorpsi

Dengan membuat plot antara 1/m dengan 1/p maka harga konstanta K dan

d dapat dihitung dari slope dan intersep grafik.

b. Isoterm Adsorpsi Freundlich

Isoterm adsorpsi freundlich menggambarkan adsorpsi yang terjadi pada

beberapa lapis dan ikatannya tidak kuat.

Dengan persamaan Barrow (1988):

Jika persamaan Barrow dilogaritmakan akan berbentuk persamaan:

Dimana: m = berat adsorben (g)

C = konsebtrasi sebelum teradsorpsi (mg/L)

K dan n adalah konstanta

(Castellan, 1983)

Proses adsorpsi arang aktif dapat digambarkan sebagai molekul yang

meninggalkan zat pengencer yang terjadi pada permukaan zat padat melalui ikatan kimia

maupun fisika. Molekul tersebut digunakan sebagai adsorbat dan zat padat disebut

adsorben arang aktif. Adapun adsorpsi yang terjadi pada arang aktif dapat bersifat :

1. Adsorpsi Fisika

Adsorpsi fisika terjadi berdasarkan ikatan fisika antara zat-zat dengan arang aktif

dalam keadaan suhu rendah dengan penyerapan relative kecil.

2. Adsorpsi Kimia

Adsorpsi kimia terjadi berdasarkan ikatan kimia antara adsorben (arang aktif)

dengan zat-zat teradsopsi. Dijelaskan pula bahwa bahan dalam larutan yang

bersifat elektrolit akan diserap lebih efektif dalam suasana basa oleh arang aktif.

Sedangkan bahan dalam larutan yang bersifat non elektrolit penyerapan arang

aktif tidak dipengaruhi oleh sifat keasaman atau sifat kebasaan larutan.

Beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu:

Sifat serapan

Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya

untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorpsi akan

bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari

struktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh

gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, dan struktur rantai dari

senyawa serapan.

Temperatur

Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat

berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsorpsi

adalah viskositas dan stabilitas senyawa serapan. Jika pemanasan tidak

mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna

maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk

senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila

memungkinkan pada temperatur yang lebih rendah.

pH (derajat keasaman)

Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu

dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam

mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya apabila pH

asam organik dinaikkan yaitu dengan penambahan alkali, adsorpsi akan berkurang

sebagai akibat terbentuknya garam.

Waktu singgung

Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk

mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan

jumlah arang yang digunakan.

Selisih ditentukan oleh dosis arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu

singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel

arang aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. (Makalah Adsorpsi

Kimia Fisik, 2008)

2.2. Karbon Aktif

Karbon aktif adalah karbon yang dipanaskan sehingga luas permukaan karbon

menjadi besar. Aktivasi karbon ini bertujuan untuk mempermudah proses adsorpsi

(meningkatkan daya serap). Karbon yang telah diaktivasi memiliki luas permukaan

berkisar antara 300-3500 m2/g. Luasnya permukaan karbon aktif in ilah yang

menyebabkan karbon aktif mempunyai kemampuan besar dalam penjerapan logam dalam

larutan. (Hessier, 1951). karbon aktif merupakan karbon yang berbentuk amorf yang

sebagian besar terdiri dari karbon bebas yang masing-masing terikat secara kovalen serta

memiliki permukaan dalam (internal surface) sehingga mempunyai kemampuan daya

serap yang baik dimana kecepatan menyerap (adsorpsi) karbon aktif akan bertambah

apabila pori-pori permukaan kecil dan luas permukaannya besar (Hessier, 1951).

Secara umum dan sederhana, proses pembuatan arang aktif terdiri dari 3 tahap,

yaitu :

1. Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai

temperatur 170°C.

2. Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas

170°C akan menghasilkan CO dan CO2. Pada suhu 275°C, dekomposisi

menghasilkan “tar”, methanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon

terjadi pada temperatur 400-600°C.

3. Aktifasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap

atau CO2 sebagai aktifator.

Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang

bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon

atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan

sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan

berpengaruh terhadap daya adsorpsi. (Makalah Adsorpsi Kimia Fisik, 2008)

Karbon Aktif

Pori-pori pada karbon aktif dapat dikelompokkan menjadi 3 golongan, dimana

besarnya diameter pori-pori pada karbon aktif ini memegang peranan penting pada proses

penyerapan :

1. Makropori (diameter > 50 nm)

2. Mesoproi (diameter 2 –50 nm)

3. Mikropori (diameter < 2nm)