ADSORPSI ISOTERM KARBON AKTIFMiftahul Aulia Imzarnis, Eli LusyanaLab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri SemarangGedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati Semarang, IndonesiaAulia.imz@gmail.com, 085643115751

AbstrakPercobaan adsorpsi isoterm karbon aktif bertujuan untuk menentukan isoterm adsorpsi dari arang aktif terhadap larutan HCl berdasarkan proses adsorpsi Freundlich dan Langmuir. Larutan HCl 0,5 M; 0,25 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M distandarisasi dengan menggunakan NaOH 0,2 M sebagai titran. Arang aktif yang akan digunakan sebagai adsorben diaktifkan kembali dengan cara dipanaskan. Arang aktif ditimbang sebanyak 6 kali, masing-masing 1 gram dan dicampur dengan HCl di dalam labu erlenmeyer. Campuran direndam dalam air biasa dan didiamkan selama 30 menit. Campuran disaring, filtrat yang dihasilkan ditittrasi kembali menggunakan NaOH 0,2 M. Dari percobaan yang telah dilaksanakan, diperoleh data berupa konsentrasi HCl setelah proses adsorbsi lebih kecil daripada konsentrasi HCl sebelum proses adsorbsi. Konsentrasi HCl sebelum proses adsorbsi yaitu 0,546; 0,408; 0,14; 0,12; 0,082; 0,032 . Sedangkan konsentrasi HCl setelah proses adsorbsi yaitu 0,518; 0,34; 0,133; 0,0693; 0,0336; 0,0296. Kesimpulan yang diperoleh dari percobaan adsorpsi isoterm karbon aktif yaitu diperoleh grafik linier dengan fungsi y = 1,0027x - 0,5626 dengan nilai R2 = 1. Nilai k adalah 10,062 dan nilai n adalah 2,76. Hal tersebut sesuai dengan persamaan isoterm Freundlich. Grafik log C vs x/m tidak memenuhi persamaan isoterm Langmuir karena bentuknya linier.Kata kunci : adsorpsi isoterm; arang aktif; karbon aktif; isoterm Freundlich, isoterm Langmuir.

AbstractThe experiment of isoterm adsorbtion is purposed to determine the isoterm adsorbtion of active charcoal towards HCl solution according to Freundlich and Langmuir equation. The solution of HCl 0,5 M; 0,25 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; and 0,0156 M is standardized by NaOH 0,2 M as titrant. Active charcoal is deactivated by heated. Active charcoal is weighed for 6 times, 1 gram for each time, then mixed with HCl solution in erlenmeyer. The mixture is submerged in distilled water for 30 minutes and then filtered. The filtrate is titrated by NaOH 0,2 M. From the experiment, the concentration of HCl after adsorbtion was less than before adsorbtion. The concentration of HCl before adsorbtion is 0,546; 0,408; 0,14; 0,12; 0,082; 0,032 . Whereas the concentration of HCl after adsorbtion is 0,518; 0,34; 0,133; 0,0693; 0,0336; 0,0296. The conclussion from the experiment is linier graph with the function of y is y = 1,0027x - 0,5626 with the value of R2 = 1. The value of k is 10,062 and the value of n is 2,76. Those result is matched with the Freundlich isoterm. The graph log C vs x/m doesnt matched with Langmuir equation because the shape is linier.Keywords : active carbon; active charcoal; Freundlich isoterm; isoterm adsorbtion, Langmuir isoterm.

PendahuluanArang merupakan suatu padatan berwarna hitam yang merupakan suatu hasil pembakaran. Karena merupakan hasil pembakaran, maka kandungan utama dari arang ini adalah karbon. Pada permukaan arang, dapat dilihat adanya pori atau sela-sela. jadi sebenarnya bentuk padatan arang ini tidak rapat. Adanya pori itu disebabkan oleeh adanya struktur heksagonal karbon. Susunan kisi-kisi heksagonal ini berbentuk datar dan saling bertumpuk dengan sela-sela di antaranya. (Sudarman, 2001)Arang hasil pembakaran tidak akan bisa berguna jika belum diaktifkan. Bentuk umum dari segala zat yang mengandung karbon yang telah diaktifkan bisa disebut dengan karbon aktif. Begitu pula dengan arang yang telah diaktifkan, juga disebut dengan karbon aktif. Tujuan dari pengaktifan arang ini adalah untuk menambah luas permukaannya. Ketika luas permukaan atau pori-pori arang atau karbon aktif tersebut telah bertambah, maka karbon aktif tersebut akan memiliki kemampuan untuk mengadsorpsi gas dan uap dari campuran dan gas-gas yang tidak larut dalam suatu campuran. (Murdiyanto, 2005)Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan zat-zat atau ion-ion tertentu dalam yang tidak terlarut dalam campuran sehingga air menjadi jernih. Biasanya ion-ion tersebut berukuran sangat kecil sehingga tidak bisa hilang jika hanya disaring dengan kertas saring saja. Proses adsorpsi dapat dilakukan dengan menggunakan arang aktif sebagai adsorben. Adsorben merupakan suatu zat yang dapat digunakan untuk mengadsorpsi suatu campuran. Salah satu jenis adsorben yang sering digunakan dalam industri adalah karbon aktif. Cara kerjanya adalah dengan memasukkan serbuk adsorben ke dalam larutan yang akan diadsorpsi. Maka nantinya adsorben tersebut akan mulai bekerja menyerap pengotor-pengotor yang terdapat dalam campuran. Waktu efektif yang biasa diperlukan suatu adsorben untuk melakukan proses adsorpsi adalah 30 menit. (Kusnaedi, 2010)Isoterm adsorpsi merupakan suatu keadaan dimana jumlah zat yang teradsorbsi dipengaruhi oleh temperatur. Isoterm adsorpsi dianalisis dengan menggunakan persamaan isoterm Freundlich yang dinilai sebagai persamaan yang paling tepat saat ini. (Atkins, 1999).Perhitungan untuk adsorpsi isotermal dapat menggunakan konsep Isoterm Langmuir atau Isoterm Freundlich. Rumus yang paling umum digunakan dalam adsorpsi isotermal adalah rumus Isoterm Freundlich. Rumus umum dari Isoterm Freundlich yaitu :

Jika rumus tersebut diubah menjadi persamaan logaritma, maka persamaan berubah menjadi :

Rumus di atas berlaku untuk adsorpsi dalam sistem gas. Konsep Isoterm Freundlich juga berlaku dalam sisem larutan. Ketika dalam sistem larutan, maka satuan tekanan diubah menjadi konsentrasi larutan. Sehingga persamaan menjadi :

Jika diubah ke dalam bentuk logaritma, maka persamaan akan menjadi :

Grafik hubungan antara dengan menunjukkan bentuk gariss linear yang kemiringan dan intersepnya dapat dihitung untuk menentukan nilai k dan n. (Saxena, 2003)Dalam percobaan mengenai adsorpsi isotermal ini akan dibuktikan bahwa arang aktif dapat mengadsorpsi pengotor atau ion-ion yang terdapat di dalam larutan asam klorida. Percobaan ini menggunakan rumus isoterm Freundlich dan Langmuir sebagai rumus hitung untuk menentukan keefektifan arang aktif sebagai adsorben untuk larutan asam klorida.MetodeDalam percobaan mengenai adsorpsi isotermal ini digunakan bahan-bahan sebagai berikut. Larutan HCl 12 M for syn dari Merck, serbuk NaOH for syn dari Merck, dan arang aktif. Bahan lain yang juga digunakan dalam percobaan ini adalah aquades sebagai larutan pengencer dan indikator pp yang digunakan untuk proses titrasi.Alat-alat yang digunakan dalam percobaan adsorpsi isotermal adalah sebagai berikut. Pengaduk kaca, spatula, cawan porselen, kaca arloji, pipet ukur 25 mL, ball pipet, buret, pipet tetes, kasa, kaki tiga, spiritus, erlenmeyer 250 mL, erlenmeyer 100 mL, corong kaca, pipet volume 10 mL, pipet volume 15 mL, pipet volume 25 mL, gelas beker 200 mL, termometer, labu ukur 200 mL, gelas beker 80 mL, dan nampan.Larutan HCl diencerkan dalam berbagai konsentrasi, yaitu konsentrasi 0,5 M; 0,25 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M. Masing-masing larutan dibuat sebanyak 200 mL. Volume HCl 12 m yang digunakan untuk diencerkan menjadi konsentrasi 0,5 M sampai 0,0156 M berturut-turut adalah 8,3 mL; 4,2 mL; 2,1 mL; 1,1 mL; 0,6 mL; dan 0,3 mL. Serbuk NaOH yang diperlukan adalah sebanyak 3,2 gram untuk membuat 400 mL larutan NaOH 0,2 M.Larutan HCl yang telah dibuat, distandarisasi dengan menggunakan larutan NaOH sebagai titran. Untuk masing-masing konsentrasi HCl, digunakan 10 mL larutan untuk distandarisasi. Sebagai indikator, 2-3 tetes indikator pp dimasukkan ke dalam larutan. Larutan mencapai titik ekuivalen ketika warna pink sudah tidak hilang. Selama proses standarisasi berlangsung, arang aktif dipanaskan dengan menggunakan cawan porselen dan pembakar spiritus. Pembakaran dilakukan sampai benar-benar panas dengan tujuan untuk mengaktifkan kembali arang aktif. Namun yang perlu diperhatikan adalah arang tidak boleh sampai menjadi abu.Setelah dibakar, arang aktif kemudian ditimbang enam kali, masing-masing sebanyak 1 gram. Masing-masing arang aktif yang sudah ditimbang tersebut dimasukkan ke dalam 100 mL HCl dari masing-masing konsenrasi yang telah disiapkan di dalam labu erlenmeyer. Semua arang aktif tersebut harus dimasukkan secara serentak dalam waktu yang bersamaan. Tujuannya adalah agar waktu penyerapan semua arang aktif tersebut sama. Keenam labu erlenmeyer yang berisi campuran HCl dan arang aktif tersebut direndam selama 30 menit dalam air keran dengan suhu percobaan 250C. Setiap 10 menit, keenam labu erlenmeyer tersebut dikocok secara bersamaan selama 1 menit agar arang aktif yang sempat mengendap, kembali bercampur dengan larutan.Setelah 30 menit, larutan disaring menggunakan kertas saring. Filtrat yang dihasilkan kembali dititrasi dengan NaOH. Untuk konsentrasi HCl 0,5 M dan 0,25 M, digunakan 25 mL filtrat untuk dititrasi. Untuk konsentrasi 0,125 M dan 0,0625 M digunakan 15 mL filtrat untuk dititrasi. Untuk konsentrasi 0,0313 M dan 0,0156 M diggunakan 10 mL filtrat untuk dititrasi. Data yang dihasilkan diolah dengan menggunakan rumus isoterm dari Freundlich dan Langmuir.Hasil Dan PembahasanVolume NaOH 0,1 M yang digunakan dalam proses standarisasi larutan HCl 0,5 M; 0,25 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M berturut-turut adalah 27,3 mL; 20.4 mL; 7 mL; 6 mL; 4,1 mL; dan 1,6 mL. Sedangkan volume NaOH 0,1 M yang digunakan untuk titrasi akhir berturut-turut adalah 25,9 mL; 17 mL; 10 mL; 5,2 mL; 4,2 mL; dan 3,7 mL. Hasil dari proses titrasi dapat dilihat pada tabel 1.Tabel 1. Hasil Titrasi Awal dan Titrasi Akhir HCl dengan NaOHNoKonsentrasi HClAwalAkhir

HCl (mL)NaOH 0,1 M (mL)HCl (mL)NaOH 0,1 M (mL)

10,5 M1027,31025,9

20,25 M1020,41017

30,125 M1071510

40,0625 M106155,2

50,0313 M104,1254,2

60,0156 M101,6253,7

Secara keseluruhan dapat dilihat bahwa volume NaOH 0,1 M yang digunakan pada titrasi awal saat proses standarisasi dengan titrasi akhir setelah proses adsorpsi, menunjukkan penurunan. Terjadinya penurunan volume NaOH pada titrasi awal dan titrasi akhir disebabkan oleh adanya proses adsorpsi. Ketika proses adsorpsi berlangsung, arang aktif akan menyerap ion-ion atau zat-zat pengotor dari larutan HCl, sehingga secara otomatis volume dan konsentrasi HCl tersebut akan berkurang. Berkurangnya konsentrasi HCl juga menyebabkan jumlah NaOH yang digunakan untuk titrasi pun semakin kecil.Dari data hasil titrasi yang diperoleh, dilakukan proses perhitungan data dengan menggunakan persamaan isoterm Freundlich. Satuan yang dicari adalah log x/m dan log c. Hasil perhitungan data observasi dapat ditunjukkan dalam tabel 2.

Tabel 2. Hasil Perhitungan DataNoMassa (gram)Konsentrasi asam (N)X (gram)X/mLog x/mLog C

AwalSisaC

10,98880,5460,5180,0280,10220,103358-0,98566-1,55284

20,99680,4080,340,0680,24820,248997-0,60381-1,16749

30,97980,140,1330,0070,025550,026077-1,58375-2,1549

40,9970,120,06930,05070,1850550,185612-0,73139-1,29499

50,99780,0820,03360,04840,176660,17705-0,75191-1,31515

60,99350,0320,02960,00240,008760,008817-2,05466-2,61979

Dalam tabel 2 dapat dilihat bahwa konsentrasi HCl setelah proses adsorpsi lebih sedikit daripada konsentrasi HCl sebelum terjadi proses adsorpsi. Seperti telah dijelaskan di atas, adsorben menyerap ion-ion pengotor yang terkandung di dalam larutan HCl sehingga menyebabkan konsentrasi HCl berkurang.Hasil perhitungan berupa log x/m dengan log c digambarkan dalam sebuah grafik hubungan. Dalam grafik pada gambar 1, dapat ditunjukkan mengenai kesesuaian antara hasil percobaan mengenai adsorpsi isotermal ini dengan persamaan isoterm Freundlich.

Gambar 1. Grafik Hubungan Log x/m dan Log C

Grafik hubungan log x/m dengan log c di atas menunjukkan bentuk linier dengan nilai kuadrat dari regresi (r2) adalah satu. Percobaan adsorpsi isotermal ini memenuhi persamaan isoterm Freundlich yang menyebutkan bahwa suatu adsorpsi isoterm dinyatakan berhasil jika grafik hubungan log x/m dan log c membentuk garis linier. Grafik tersebut memiliki fungsi y = 1,0027x - 0,5626 dengan nilai R2 = 1. Nilai log k adalah 1,0027 dan 1/n log c adalah 0,5626. Sehingga nilai k adalah 10,062 dan nilai n adalah 2,76. Berdasarkan adsorpsi isoterm dari langmuir, nilai log c diletakkan pada sumbu x dan nilai log x/m pada sumbu y. Berdasarkan data pada tabel 2, dapat diperoleh grafik hubungan log c dengan log x/m seperti pada gambar 2.

Gambar 2. Grafik Hubungan Log C dan Log x/m

Berdasarkan gambar 2, grafik hubungan log c dengan log x/m tidak sesuai dengan isoterm Langmuir. Pada isoterm Langmuir, grafik seharusnya membentuk garis miring ke kanan atas kemudian konstan. Garis konstan menunjukkan bahwa tidak terdapat lagi perubahan nilai yang cukup besar. Grafik pada gambar 2 menunjukkan garis linier dengan nilai R2 = 1 dengan persamaan y = 0,9972x + 0,561. KesimpulanHassil percobaan adsorpsi isoterm karbon aktif hanya memenuhi prinsip isoterm Freundich. Grafik hubungan log x/m dengan log c merupakan grafik linier dengan fungsi y = 1,0027x - 0,5626 dengan nilai R2 = 1. Nilai k adalah 10,062 dan nilai n adalah 2,76. Hal tersebut sesuai dengan persamaan isoterm Freundlich. Grafik log c vs log m merupakan garis linier dengan nilai R2 = 1 dengan persamaan y = 0,9972x + 0,561. Grafik tersebut tidak memenuhi prinsip isoterm Langmuir yang seharusnya membentuk garis linier, kemudian melengkung konstan.Daftar PustakaAtkins, P dan Julio de Paula. 2010. Physical Chemistry, Ninth Edition. New York: W. H. Freeman and Company.Kusnaedi, 2010, Mengolah Air Kotor untuk Air Minum, Bekasi, Penebar Swadaya.Murdiyanto, 2005, Senyawa Karbon, Malang, Universitas Brawijaya. Sudarman, 2001, Manfaat Arang Aktif, Makassar, Universitas Hassanudin.Saxena, P.B , 2003, I.I.T. Chemistry, vol 2, Meerut, KRISHNA Prakashsn Media (P) Ltd.

LAMPIRAN

PerhitunganDiketahui : a. [NaOH] = 0,2 Nb. Volume HCl yang diadsorbsi = 100 mLc. Mr HCl = 36,5

No Konsentrasi HClKonsentrasi AwalKonsentrasi Akhir

10,5 NV1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 27,3 . 0,2N1= 0,546V1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 25,9 . 0,2N1= 0,518

20,25 NV1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 20,4 . 0,2N1 = 0,408V1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 17 . 0,2N1= 0,34

30,125 NV1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 7 . 0,2N1 = 0,14V1 . N1 = V2 . N2N1 . 15 = 10 . 0,2N1= 0,133

40,0625 NV1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 6 . 0,2N1 = 0,12V1 . N1 = V2 . N2N1 . 15 = 5,2 . 0,2N1= 0,0693

50,0313 NV1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 4,1 . 0,2N1 = 0,082V1 . N1 = V2 . N2N1 . 25 = 4,2 . 0,2N1= 0,0336

60,0156 NV1 . N1 = V2 . N2N1 . 10 = 1,6 . 0,2N1 = 0,032V1 . N1 = V2 . N2N1 . 25 = 3,7 . 0,2N1= 0,0296

Jumlah zat yang teradsorbsi (x)1.

2.

3.

4.

5.

6.