Adsorpsi Logam Cu Dari Limbah Elektroplating Menggunakan Karbon Aktif Dalam Kolom Fixed Bed

5/24/2018 Adsorpsi Logam Cu Dari Limbah Elektroplating Menggunakan Karbon Aktif Dalam Kolom Fixed Bed

1/7

E K U I L I B R I U MVol. 4. No. 2. Desember 2005 : 78 8478

ADSORBSI LOGAM Cu DARI LIMBAH ELEKTROPLATINGMENGGUNAKAN KARBON AKTIF DALAM KOLOM FIXED BED

Endang Kwartiningsih* dan Nanda Setiarini***) Staf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS**) Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS

Abstract : Waste of industries generates contamination to environment, especially riverstream. One of them was the waste of electroplating industries. Generally, it stillcontained copper metal above the concentrations limit. The government has settled itwhich was 0.1 mgram of copper/liter of solution. The effects of accumulation copper inhuman body were gastrointestinal irritation, liver and kidney damage. So, it was neededan effort to reduce copper concentration before thrown to environment. One of thetreatment was an adsorbtion method. This research aims was to know the value of masstransfer coefficient of copper adsorbtion. This research was conducted in fixed bedcolumn with active carbon as adsorbent. The variable observed was rate of flow. Everyperiod of time, the liquid flowed from the column was analyzed using AAS, so it wasknown copper concentration after adsorption process. In this research, mathematicalmodel representing the adsorption process was made. The correlation between rate offlow and kcawas represented with Non Dimensional Group equation, which is :

1547,02

5676.0

=

Dp

F

Dv

DpKca

Keywords: electroplating, adsorption, AAS, mass transfer coefficient, copper

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi yangpesat mendorong pertumbuhan industriyang memiliki andil besar padapencemaran lingkungan. Industri-industri yang berdiri banyakmenghasilkan limbah cair yang memilikikonsentrasi pencemaran diatas batasminimum yang telah ditetapkan.Biasanya limbah cair ini dibuanglangsung ke aliran sungai tanpapengolahan yang memadai. Salah satudari industri ini adalah industrielectroplating.

Limbah cair industri elektoplatingberasal dari air bilasan, larutanpembersih maupun larutan plating yangtelah jenuh dan tidak dapat digunakanlagi. Limbah ini masih mengandung zat-zat berbahaya yang salah satunyaadalah logam tembaga Kandungantembaga dalam limbah cair dapatmenyebabkan iritasi gastrointestinal(saluran pencernaan dari lambung).

Limbah electroplating harus diolahterlebih dahulu sebelum dibuang melaluialiran sungai agar kandungan logam

tembaga didalamnya berkurang. Oleh

karena itu diadakanlah suatu penelitian

yang dapat mengurangi kandunganlogam tembaga dalam limbah yaitudengan cara proses adsorbsimenggunakan karbon aktif.

Tujuan penelitian ini adalah untukmempelajari pengaruh kecepatan aliranlimbah terhadap koefisien transfermassa volumetris (kca), serta mencaripersamaan hubungan kelompok takberdimensi yang berpengaruh padakoefisien transfer massa volumetrissehingga dapat digunakan untukperancangan alat adsorber pada skala

yang lebih besar (industri).

LANDASAN TEORIElektroplating adalah proses

pelapisan dengan menggunakan aruslistrik dalam suatu larutan elektrolit.Logam yang akan dilapiskan bertindaksebagai anoda yang dihubungkandengan kutub positif dari sumbertegangan, dibenamkan kedalam larutanelektrolit. Logam yang akan dilapisi(benda kerja) berlaku sebagai katodadan dihubungkan dengan kutub

negative dari sumber tegangan. Jika


2/7

Adsorpsi Logam Cu dari Limbah Elektroplating Menggunakan Karbon Aktifdalam Kolom Fixed BedEndang Kwartiningsih dan Nanda Setiarini

79

sumber tegangan dinyalakan maka arusakan mengalir melalui larutan elektrolit,sehingga menyebabkan anoda melarutdan selanjutnya menempel pada katodamembentuk suatu lapisan logam.

Gambar 1. Prinsip elektroplating

Proses elektroplating kromdilakukan dengan diawali prosespelapisan perantara yaitu pelapisantembaga dan nikel pada benda kerja.Pelapisan logam tembaga dilakukandengan menggunakan tembaga sebagaianodanya dan larutan elektrolitnyaterdiri dari potassium sianida (KCN),asam sulfat (H2SO4) dan air.

Adsorpsi adalah suatu prosespemisahan bahan dari campuran gasatau cair, bahan yang harus dipisahkanditarik oleh permukaan sorben padatdan diikat oleh gaya-gaya yang bekerjapada permukaan tersebut. Penyerapanzat dari larutan, mirip denganpenyerapan gas oleh zat padat.(Sukardjo, Drs, 1985)

Proses adsorpsi terjadi padapermukaan pori-pori dalam butiradsorben, sehingga transfer massalogam A dari cairan ke dalam pori-poributir adsorben tersebut akan mengalamiproses-proses sebagai berikut:a. perpindahan massa dari cairan ke

permukaan butirb. difusi dari permukaan butir kedalam butir melalui pori

c. perpindahan massa dari cairandalam pori ke dinding pori

d. adsorpsi pada dinding poriPerpindahan massa dari cairan dalampori ke dinding pori (proses c) umumnyaberlangsung sangat cepat sehinggatidak mengontrol. Adsorpsi pada dindingpori (proses d) umumnya jugaberlangsung relative sangat cepat,sehingga tidak mengontrol juga. Jadi

yang umumnya mengontrol kecepatanproses adsorpsi adalah proses a atau

proses b atau keduanya. Jika butir-butirsangat kecil (seperti serbuk) maka difusidari permukaan ke dalam butir (prosesb) berlangsung relative sangat cepatsehingga tidak mengontrol. Akibatnyayang mengontrol adalah perpindahanmassa dari cairan ke permukaan butir.Sebaliknya, jika butir-butir berukuranbesar, difusi dari permukaan ke dalambutir relative sangat lambat, sehinggayang mengontrol adalah prosesdifusinya.

Gambar 2. Mekanisme transfer massa

Proses adsorbsi yang ditinjaumenggunakan butir-butir adsorbenberukuran relatif kecil sehingga yangmengontrol kecepatan proses adsorpsiadalah perpindahan massa dari cairanke permukaan butir yang kecepatannya

dapat didekati dengan persamaan:

).(..

*A

AAc CCak

volumbedwaktu

gAN =

(1)Misal hubungan kesetimbangan adsorsidapat didekati dengan persamaan yangmirip hukum Henry

A*A X.HC = (2)

Aliran dianggap plug flow. Ingindisusun persamaan-persamaanmatematisnya untuk menghitung kadarA dalam air di dalam kolom padaberbagai posisi dan waktu, serta kadarA terserap oleh adsorben pada berbagaiposisi dan waktu.

interface

cair

padat

AC *AC

Sumber

TeganganDC

Perpidahan

ion

Larutan elektrolit

Katoda

Logam yang

telah terlapisi

Anoda

+ -


3/7


Gambar 3. Fixed bed columnadsorber

Neraca massa A pada fasa cair dalamelemen volum setebal z:

Rate of input rate of output = rate ofaccumulation

( )

t

CzS

zSCCak

CFz

C

SD

CFz

CSD

A

AAc

zzAzz

A

e

zAz

A

e

=

++

+

++

..

....

...

...

*

(3)

t

C

D

CC

D

ak

z

CC

SD

F

z

z

C

z

C

A

e

AA

e

czAzzA

e

z

A

zz

A

=

+

+

)(. *

(4)Jika diambil z 0, diperoleh

t

C

D)CC(

D

ak

z

C

SD

F

z

C

z

A

e

*AA

e

cA

e

A

=

(5)

t

C

D)CC(

D

ak

z

C

SD

F

z

C A

e

*AA

e

cA

e2A

2

=

(6)

Jika perpindahan massa difusi aksial

diabaikan, maka dengan mudah terlihat

bahwa suku

2

2

z

CAhilang.

Neraca massa A teradsorpsi dalamadsorben dalam elemen volum:Rate of input rate of output = rate ofaccumulation

t

XzS0zS)CC(ak Ab

*AAc

=

(7)JIka diambil z0 dan dilakukanpenyederhanaan, maka diperoleh

)CC(ak

t

X *

AAb

cA=

(8)

Jadi diperoleh persamaan diferensialparsial simultan (6) dan (8) denganpersamaan (2). (Prasetya danSediawan,1994 )

Kondisi batas :

t = 0, pada semua posisi z, CA=CA0

t = t, pada posisi z = 0, CA= CA0

t = t, pada posisi z = L, CA= CALPersamaan-persamaan

differensial tersebut di atas dapatdiselesaikan dengan cara finitedifference approximation implicit.Interval tebal dibagi menjadi N bagian

yang masing-masing tebalnya z danbatas-batas interval diberi indeks i = 0,1, 2, 3, .., N, sedangkan interval waktudibagi menjadi interval kecil-kecil yang

besarnya masing-masing t dan batas-batas interval diberi indeks j = 0, 1, 2,3,.Dengan sistem indeks tersebut CA (z, t)dapat ditulis CA (i, j). Sehingga dapat

diperoleh persamaan sebagai berikut:

ji

H

jiji

jiji

CAHXA

CA

CAH

HCA

,

)1(

,1,1

1,1,1

)1(

=

++

+

++

++

(9)Persamaan (9) berlaku hanya untuk i =1, 2, 3, .., N-1Persamaan untuk i = 0 diperoleh denganmenyusun neraca massa adsorbat disekitar tempat masuk cairan (limbah).

F(volum/wtk)

C 0A

z=0

z

z+

z=L

F(volum/wtk)

C )(outA


4/7


81

Neraca massa dihitung dalam elemen

volum setebal

2

zdi sekitar i = 0.

Gambar 4. Elemen volume pada i = 0

Diperoleh persamaan sebagai berikut:

)1(

,,0

1,11,0

22

2

)1(2221

H

jHXAoinj

jj

CACA

CACAH

H

++

++

+=

+

+++

(10)

Persamaan untuk i = N diperoleh

dengan menyusun neraca massaadsorbat dalam fase cair pada elemen

volume setebal2

zdi sekitar i = N

Gambar 5. Elemen volume pada i = N

Persamaan akhir yang diperoleh adalahsebagai berikut:

jNjN

jNjN

CAH

HXA

CAH

HCA

,,

1,1,1

2)1(2

)1(2221

++

=

++++ ++

(11)dengan :

F

azSk2 c =

tF

Sz2

=

b

c tak

=

Harga kca dapat dicari denganmenggunakan metode Optimasi GoldenSection. Dengan cara tersebut dapatdihitung harga kca pada berbagaimacam debit aliran. Harga kca optimumdapat ditentukan dengan membuatselisih kuadrat antara CA hasilperhitungan dengan CA data percobaanyang memberikan nilai jumlah kuadratkesalahan (Sum of Squares of Errors)

minimum untuk mengecek kesesuaianmodel matematis yang diajukan.SSE Minimum = (CAHitung CAData)

2

METODOLOGI PENELITIANBahan-bahan yang digunakan

dalam penelitian ini adalah air limbahelektroplating dan karbon aktif. Alat-alatyang digunakan meliputi kolom, tangkipenampungan limbah, tangkipengendalian aliran, dan stopwatch.

1

2

3

2

4

5

6

Keterangan Gambar:1. Tangki penampung limbah2. Kran3. Tangki Pengendali Aliran4. Aliran Overflow5. Manometer6. Kolom Adsorber

Gambar 6. Rangkaian alat penelitian


5/7


Alat penelitian dirangkai sepertigambar 6. Air limbah dari tangkipenampungan dialirkan menuju kolomadsorber dengan kecepatan tertentu.Pada selang waktu tertentu air limbahyang keluar dari kolom adsorberdianalisa kadar tembaga-nya denganmenggunakan Atomic AbsorbtionSpectrophotometry (AAS) sehinggadiperoleh data konsentrasi tembagakeluar kolom sebagai fungsi waktu.

HASIL DAN PEMBAHASANHasil perhitungan dalam

menentukan persamaan kesetimbanganHenry disajikan dalam Tabel 1.Konsentrasi limbah mula-mula adalah3.3979x10

-3mg/cm

3. Pengambilan

sample pada t=o adalah pada saatsample pertama kali keluar dari kolom.

Tabel 1. Harga konsentrasi hasilpercobaan pada keadaan

kesetimbangan

y = 3.1024x

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Xa( mg Ads orbat/mg adsorben)

Ca*(mgadso

rbat/cm3

Gambar 7. Grafik hubungankonsentrasi tembaga pada cairandan konsentrasi tembaga dalam

adsorben dalam keadaan setimbang

Berdasarkan gambar grafik di atas,diperoleh persamaan kesetimbanganHenry sebagai berikut :

CA* = 3.1024 XA

Hasil percobaan dan perhitunganharga konsentrasi logam tembaga padasuatu waktu dapat disajikan dalambentuk grafik berikut ini:

0.E+00

1.E-03

2.E-03

0 10 20 30w aktu (menit)

konsentrasicairan

(mgads

orbat/cm3)

hasil percobaan hasil perhitungan

Gambar 8. Grafik hubungan

konsentrasi tembaga dalam cairankeluar kolom dengan waktu pada

kecepatan 155,634 cm3/menit

Ralat Rerata = 3.2184 %Kca Optimum = 0.3457 / menit

0.E+00

1.E-03

2.E-03

0 10 20 30w aktu(menit)

konsentrasicairan

(mgadsorbat/cm3)



konsentrasi tembaga dalam cairankeluar kolom dengan waktu padakecepatan 255,276 cm

3/menit


Beratadsorben XA CA*

(gram) (mgr A / mgradsorben) (mgram A /cm3)

11 6.1633 x 10-5

0.8166 x 10-5

9 7.5087 x 10-5

1.9033 x 10-5

7 9.612 x 10-5

3.3767 x 10-5

5 1.3381 x 10-4

5.2733 x 10-5

3 2.2217 x 10-4

6.54 x 10-5


6/7


83

0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

0 10 20 30

Waktu(menit)

Konsentrasic

airan

(mgadsorbat/cm3)

hasil percobaan has il perhitungan

Gambar10. Grafik hubungan




0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

0 10 20 30w aktu (menit)

Konsentrasicairan

(mgadsorbat/cm3)






0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

0 10 20 30Waktu (menit)

Konsentr

asiCairan

(mgadso

rbat/cm3)





Ralat Rerata = 4.2238 %

Kca Optimum = 0.4149 / menit

0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

4.E-03

0 10 20 30

Waktu (menit)

konsentrasiC

airan

(mgadsorbat/cm3)

hasil pecobaan hasil perhitungan





Dari hasil perhitungan di atas dapatdilihat hubungan kecepatan volumetrisdengan Kca pada grafik di bawah ini:

y = 0.0002x + 0.3364

0.35

0.4

0.45

150 300 450 600

Kecepatan volumetris (cm3/menit)

Kca(

1/menit)


koefisien transfer massa volumetrisdengan kecepatan volumetris

Hubungan antara kecepatanvolumetris dan Kca kemudian dapatdinyatakan dalam persamaan kelompok

tak berdimensi berikut ini :Z

Dp

FK

Dv

DpKca

=

2

Harga konstanta K dan z dapat dicaridengan cara regresi linier. Dariperhitungan, diperoleh harga

K = 0.5676z = 0,1547

sehingga persamaan KTD yangdiperoleh


7/7


adalah1547,02

5676.0

=

Dp

F

Dv

DpKca

Ralat = 0,9412

Dari Gambar 14 serta persamaankelompok tak berdimensi yangdiperoleh, dapat dilihat bahwa nilai Kcaberbanding lurus dengan kecepatanvolumetris. Hal tersebut disebabkankarena makin besar kecepatan aliranmaka turbulensi yang terjadi makinbesar pula, yang ditandai denganbesarnya nilai Bilangan Reynolds yang

terjadi. Adanya turbulensi yang besartersebut dapat menyebabkan transfermassa yang terjadi juga akan semakincepat.

KESIMPULANNilai Koefisien Transfer Massa

Volumetris (kca) pada adsorbsi logamtembaga dari limbah cair electroplatingmenggunakan karbon aktif dalam kolomfixed bed berbanding lurus dengankecepatan aliran limbah yang masuk kedalam kolom. Nilai kca yang diperoleh

pada berbagai kecepatan aliran dapatdinyatakan dalam bentuk Kelompok TakBerdimensi berikut ini:

1547.02

5676.0

=

Dp

F

Dv

DpKca

dengan ralat = 0,9412

DAFTAR DAN ARTI LAMBANGa =

CA =

CA*=

CA0=

Luas permukaan efektif partikel

adsorben per unit volumetumpukan bed, cm2/ cm

3

Konsentrasi adsorbat dalamcairan, mgram adsorbat/cm

3

cairanKonsentrasi adsorbat dalamcairan yang setimbang dengankonsentrasi adsorbat dalamadsorben, mgram adsorbat/cm

3

cairanKonsentrasi adsorbat dalamcairan mula-mula, mgram

dp =dk =Dv =De =F =

H =kc =

kca=

S =XA =

=

=

=

b =

adsorbat/cm3cairan

Diameter partikel adsorben, cmDiameter kolom, cmDiffusivitas, cm2/menitDiffusitas efektif , cm

2/menit

Kecepatan volumetric alirancairan, cm

3/menit

Ketinggian kolom, cmKoefisien transfer massa,cm/menitKoefisien transfer massavolumetris, 1/menitLuas permukaan kolom, cm

2

Konsentrasi adsorbat dalamadsorben, mgram

adsorbat/mgram adsorbenPorositas, cm3 ruang kosongdalam tumpukan/cm

3 volume

tumpukan bedViskositas cairan, mgramadsorbat/cm. menitDensitas cairan, mgramcairan/cm

3cairan

Bulk Density, mgramadsorben/cm

3volume

tumpukan bed

DAFTAR PUSTAKA

Alberty, R. A., and Daniels, F., 1992,Kimia Fisika, ed V, Alih BahasaSurdia, N. M., dkk, Erlangga,Jakarta

Hartomo, A. J. dan Kaneko, T., 1992,Mengenal Pelapisan Logam(Elektroplating), ANDI Offset,Yogyakarta

Letterman, R. D., 1999, Water Quality &Treatment, McGraw-Hill, NewYork

Prasetya, A. dan Sediawan, W. B.,1994, Pemodelan Matematis dan

Penyelesaian Numeris dalamTeknik Kimia, ANDI, Yogyakarta

Sukardjo, Drs, 1985, Kimia Anorganik,Penerbit Bina Aksara, Yogyakarta

Wardhana, W. A., 1995, DampakPencemaran Lingkungan, ANDI,Yogyakarta

www.google.com/ Pembuatan ArangAktif dari Tempurung Kelapa

Adsorpsi Logam Cu Dari Limbah Elektroplating Menggunakan Karbon Aktif Dalam Kolom Fixed Bed

Documents

Transcript of Adsorpsi Logam Cu Dari Limbah Elektroplating Menggunakan Karbon Aktif Dalam Kolom Fixed Bed