BAB IVPEMBAHASANAdsorpsi adalah proses penyerapan suatu zat dalam cairan pada permukaan zat penyerap (adsorben). Adsorpsi dapat didefinisikan juga sebagai suatu proses pemisahan komponen tertentu dari suatu fluida sehingga berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (Mc.Cabe, 1999). Peristiwa penyerapan ini dapat terjadi apabila dua fasa saling kontak. Kedua fasa tersebut dapat berupa fasa gas-padat dan fasa cair-padat. Adsorpsi senyawa terlarut menggunakan adsorben berlangsung secara terus menerus sampai pada saat sistem mencapai kesetimbangan, yaitu kesetimbangan antara konsentrasi yang tinggal dalam larutan dengan konsentrasi yang diadsorpsi oleh adsorben (Kirk dan Othmer, 1981).Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi adsorpsi, yaitu sifat-sifat kimia dan fisika dari adsorben, sifat-sifat kimia dan fisika dari adsorbat, faktor-faktor lingkungan seperti pH, tekanan, temperatur, kecepatan waktu kontak, dosis adsorben, konsentrasi larutan dan waktu kontak antara adsorbat dengan adsorben (Annonimous, 2012). Pada penelitian ini akan dipelajari proses penyerapan ion logam Cr(VI) dengan menggunakan ampas bubuk teh.4.1 Pembuatan BiosorbenAdsorben yang digunakan berasal dari alam yaitu ampas bubuk daun teh yang telah dibersihkan dan diaktivasi selama 60 menit menggunakan larutan asam sulfat (H2SO4) dengan variasi konsentrasi yang berbeda-beda yang kemudian disaring dan dikeringkan menggunakan oven dryer pada temperatur 50C selama 12 jam untuk mengurangi kadar air.4.2 Kapasitas dan Efesiensi PenyerapanKapasitas penyerapan (q) adalah banyaknya ion logam yang diserap persatuan massa adsorben (Popuri, 2007). Jumlah ion logam yang terserap dinyatakan dalam miligram (mg), sedangkan jumlah adsorben yang digunakan dalam gram (g). Kapasitas penyerapan (qe) merupakan konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam fasa padat. Sedangkan kapasitas penyerapan maksimum (q0) adalah jumlah penyerapan maksimum adsorbat (ion logam) dalam setiap massa adsorben.Efesiensi penyerapan adalah 4.2.1 Pengaruh Aktivasi Biosorben dan Konsentrasi Adsorbat Terhadap Kapasitas PenyerapanUntuk mengetahui pengaruh aktivasi biosorben dan konsentrasi adsorbat yang diserap oleh ampas bubuk daun teh sebagai biosorben dilakukan pengujian dengan memvariasikan konsentrasi aktivasi biosorben dan konsentrasi adsorbat pada kecepatan pengaduk yang berbeda. Suarya (2008) mengemukakan bahwa aktivasi adsorben menggunakan asam akan menghasilkan adsorben dengan situs aktif lebih besar dan keasamaan permukan yang lebih besar, sehingga akan dihasilkan adsorben dengan kemampuan adsorpsi yang lebih tinggi dibandingkan sebelum diaktivasi. Keberhasilan proses adsorpsi dengan variasi konsentrasi aktivasi biosorben dan konsentrasi adsorbat yang telah ditentukan, dapat dibuktikan dari hasil analisa menggunakan alat AAS (Atom Adsorpstion Spectrophotometer) dari larutan adsorbat yang telah di adsorpsi.Hubungan antara konsentrasi aktivasi biosorben dan konsentrasi adsorbat terhadap kapasitas penyerapan pada kecepatan pengaduk yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 4.1 di bawah : (a)

(b)

Gambar 4.1 Hubungan kapasitas penyerapan ampas bubuk teh terhadap aktivasi biosorben dengan konsentrasi adsorbat (a)pada kecepatan pengaduk 80 rpm; (b)pada kecepatan pengaduk 100 rpm.Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa kapasitas penyerapan Cr(VI) berbanding lurus dengan konsentrasi adsorbat yang divariasikan seperti yang dinyatakan oleh Raj Singh et all (1974) bahwa jumlah adsorbat yang terserap pada adsorben meningkat dengan bertambahnya konsentrasi. Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini bersesuaian dengan penelitian Singh yang menyatakan bahwa semakin bertambahnya konsentrasi, maka semakin banyak molekul adsorbat dan biosorben yang saling berinteraksi dalam proses adsorpsi. Hal tersebut menyebabkan adsorpsi cenderung semakin meningkat. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin besar konsentrasi adsorbat yang diberikan, maka semakin besar pula kapasitas penyerapannya. Tingginya nilai kapasitas adsorpsi ini diakibatkan oleh semakin banyaknya partikel-partikel ion Crom (VI) yang terkandung di dalam larutan adsorbat yang mempunyai konsentrasi tinggi. Sehingga ketika larutan adsorbat dikontakkan dengan biosorben, maka partikel-partikel ion logam Crom (VI) akan langsung berpindah ke permukaan adsorben secara cepat.Gambar 4.1 juga menunjukkan adanya data yang tidak sesuai berdasarkan teori, hal ini terlihat jelas pada data konsentrasi aktivasi biosorben. Seharusnya semakin tinggi konsentrasi aktivasi biosorben maka kapasitas penyerapan juga semakin besar. Namun hasil penyerapan Cr(VI) dari yang tertinggi sampai terendah adalah pada aktivasi 0,8; 1,5; 1,3 dan 1 M. Hasil ini menunjukkan data yang tidak beraturan dalam penyerapan pemakaian aktivasi biosorben. Kemudian hal lainnya terdapat beberapa titik yang menyimpang seperti penurunan dan kenaikan kapasitas penyerapan secara drastis maupun tidak. Hal ini disebabkan karena pada proses penyaringan (pemisahan filter dengan cake) menggunakan kertas saring yang sama untuk hasil filter yang diperoleh. Sehingga pada kertas saring terjadi penambahan konsentrasi dari sampel filter yang sebelumnya telah disaring. Berdasarkan gambar diatas dapat diambil kesimpulan bahwa proses penyerapan yang paling optimum yaitu pada konsentrasi aktivasi 0,8 M dengan konsentrasi adsorbat 125 mg/L dalam waktu kontak selama 60 menit pada kecepatan pengaduk 100 rpm yaitu sebesar 52,03 mg/g.4.2.2 Pengaruh Aktivasi Biosorben dan Kecepatan Pengaduk terhadap Kapasitas PenyerapanUntuk mengetahui pengaruh konsentrasi aktivasi biosorben dan kecepatan pengaduk terhadap kapasitas penyerapan sehingga dapat diketahui pada kecepatan pengaduk dimana proses adsorpsi berlangsung dengan baik.

(a)

(b)

(c)Gambar 4.2 Hubungan kapasitas penyerapan ampas bubuk teh terhadap kecepatan pengaduk (rpm) dan aktivasi biosorben (M) dengan konsentrasi adsorbat (a) pada konsentrasi 125 mg/L; (b) pada konsentrasi 60 mg/L; (c) pada konsentrasi 30 mg/LDari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa kapasitas penyerapan Cr(VI) berbanding lurus dengan kecepatan waktu kontak adsorbat dan adsorben yang divariasikan seperti yang dinyatakan oleh Isna (2011) bahwa kecepatan waktu kontak adsorben dan adsorbat sangat mempengaruhi kapasitas penyerapan karena bila pengadukan terlalu lambat maka proses adsorpsi berlangsung lambat pula, tetapi bila pengadukan terlalu cepat kemungkinan struktur adsorben akan rusak, sehingga proses adsorpsi kurang optimal. Untuk kasus ini, hanya dua variasi kecepatan kontak yang di uji yaitu 80 dan 100 rpm. Maka diperoleh hasil penyerapan logam Cr(VI) yang lebih tinggi yaitu pada pengadukan 100 rpm, karena kecepatan kontak yang masih dalam keadaan optimum. Hanya saja ada beberapa titik pada data yang mengalami penurunan, hal ini dapat disebabkan oleh

4.2.3 Pengaruh Aktivasi Biosorben dan Konsentrasi Adsorbat Terhadap Effesiensi PenyerapanUntuk mengetahui pengaruh waktu kontak dan temperatur yang optimum untuk perlakuan biosorben daun jambu biji maka dilakukan pengujian dengan memvariasikan waktu kontak dan temperatur.

(a)

(b)Gambar 4.3 Hubungan effesiensi penyerapan ampas bubuk teh terhadap aktivasi biosorben dengan konsentrasi adsorbat (a)pada kecepatan pengaduk 80 rpm; (b)pada kecepatan pengaduk 100 rpm.Pada gambar 4.1a di atas menunjukkan bahwa konsentrasi larutan adsorbat secara umum berbanding terbalik terhadap efisiensi penyerapannya. Hal ini terjadi dikarenakan dosis adsorben yang digunakan dengan variabel tetap sebesar 1 gram untuk konsentrasi adsorbat yang berbeda. Soemargono (2008) menjelaskan bahwa luas permukaan adsorben yang dikontakan dengan adsorbat sangat berpengaruh terhadap banyaknya adsorbat yang terserap, sehingga efisien penyerapan semakin rendah pada konsentrasi adsorbat yang tinggi karena luas permukaan adsorben yang kecil membuat pori-pori adsorben yang tersedia juga semakin kecil. Menurut (Nurhasni, dkk, 2002), hal ini juga disebabkan karena dengan meningkatnya ion logam Crom (VI) di dalam larutan adsorbat, maka efisiensi penyerapan menjadi berkurang. Menurut Refilda, dkk (2001 dalam Nurhasni, 2002) penurunan efisiensi penyerapan disebabkan karena pada konsentrasi yang lebih tinggi, jumlah ion logam dalam larutan tidak sebanding dengan jumlah biosorben yang tersedia sehingga permukaan adsorben akan mencapai titik jenuh dan efisiensi penyerapan pun tidak meningkat secara signifikan.Gambar 4.4b menjelaskan bahwa konsentrasi larutan adsorbat berbanding lurus dengan efisiensi penyerapan, seperti yang terlihat pada aktivasi 0,8 M dengan kecepatan waktu kontak 100 rpm dan waktu kontak 60 menit dengan efisiensi penyerapan berturut-turut adalah 75,105; 77,836 dan 83,246 %.

4.2.4 Pengaruh Aktivasi Biosorben dan Kecepatan Pengaduk terhadap Effesiensi Penyerapan

(a)

(b)

(c)Gambar 4.4 Hubungan Effesiensi penyerapan ampas bubuk teh terhadap kecepatan pengaduk (rpm) dan aktivasi biosorben (M) dengan konsentrasi adsorbat (a) pada konsentrasi 30 mg/L; (b) pada konsentrasi 60 mg/L; (c) pada konsentrasi 125 mg/L

Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa pada kecepatan pengaduk 100 rpm penyerapan lebih tinggi, hal ini kemungkinan terjadi karena pergerakan molekul pada permukaan ampas bubuk teh meningkat sehingga ion logam semakin cepat terserap. Tetapi biosorben yang berasal dari ampas bubuk teh ini memiliki kekurangan yang seperti pernah dikemukan oleh Sutrasno (200 ) bahwa ampas bubuk teh tidak dapat diaduk pada kecepatan pengaduk yang lebih tinggi dari 100 rpm karena dapat merusak biosorben tersebut, jadi dapat disimpulkan biosorben ini bekerja secara optimum pada kecepatan waktu kontak 100 rpm.Berdasarkan Gambar 4.1 di atas, menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan waktu kontak, maka semakin besar pula efisiensi penyerapan yang terjadi. Menurut Juliyanti (2009), proses adsorpsi dimulai dengan pergerakan sebagian besar adsorbat dari fluida menuju lapisan film adsorben. Kemudian adsorbat berdifusi menuju permukaan adsorben hingga terserap ke permukaan pori bagian dalam dari adsorben tersebut . Berdasarkan hal tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa pada proses adsorpsi terjadi beberapa tahapan agar terjadinya penyerapan yang baik. Sehingga dengan adanya kecepatan waktu kontak antara adsorbat dengan adsorben yang semakin cepat dan optimum, tahapan-tahapan tersebut dapat menyebabkan daya penyerapannya semakin tinggi. Hal ini juga telah dibuktikan oleh Widiarto (2011), dimana pada waktu kontak 120 menit dengan konsentrasi adsorbat sebesar 1 ppm, efisiensinya mencapai 68 %.Namun terdapat beberapa titik dimana kecepatan pengaduk berbanding terbalik terhadap efesiensi penyerapan. Hal ini dapat disebabkan karena adanya

4.3 Karakterisasi Permukaan Biosorben Melalui Analisis Scanning Electron Microscope (SEM)Morfologi permukaan adsorben untuk sebelum dan sesudah pengontakan dengan adsorbat yang diidentifikasi menggunakan SEM yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.5 berikut:

Gambar 4.5 (a) Morfologi Permukaan Biosorben Sebelum Aktivasi pada Pembesaran 1800x (b) Morfologi Permukaan Biosorben Sebelum Adsorpsi pada Pembesaran 1800x (c) Morfologi Permukaan Biosorben Setelah Adsorpsi pada Pembesaran 1800x

Dari Gambar 4.5 terlihat perbedaan morfologi antara permukaan ampas bubuk teh sebelum aktivasi, setelah aktivasi/sebelum dikontakan dan sesudah dikontakan dengan larutan K2Cr2O7. Pada ampas bubuk teh sebelum dilakukan pengontakan dengan adsorbat permukaannya terlihat pori-pori yang banyak dan beraturan dan pada perbesaran objek sebesar 1800 kali dapat diperkirakan ukuran porositas ampas bubuk teh sekitar 15m. Selain itu, pada ampas bubuk teh yang sudah dikontakan dengan larutan K2Cr2O7 pori-pori sedikit dan mulut pori menjadi hancur akibat penyerapan logam Cr6+.4.4 Isoterm AdsorpsiHubungan antara banyaknya logam yang teradsorpsi oleh adsorben dengan konsentrasi logam dalam fasa cair (adsorbat) pada keadaan setimbang disebut adsopsi isotermis (isoterm adsorpsi). Penentuan isoterm adsorpsi untuk proses adsorpsi logam Cr (VI) menggunakan ampas bubuk teh ini, digunakan dua pendekatan isoterm yang sering digunakan, yaitu Isoterm Langmuir dan Isoterm Freundlich. Isoterm Langmuir diperoleh dengan cara membuat kurva hubungan antara konsentrasi kesetimbangan dalam fasa cair (1/Ce) dengan konsentrasi kesetimbangan dalam fasa padat (1/qe). Kurva hubungan antara kedua konsentrasi tersebut dapat dilihat berdasarkan Gambar 4.6 di bawah ini:

Gambar 4.6 Hubungan antara 1/konsentrasi akhir dan 1/kapasitas adsorpsi isoterm LangmuirGrafik persamaan isoterm Langmuir ditunjukkan pada Gambar 4.6 dilihat nilai regresi untuk konsentrasi aktivasi 0,8 M pada kecepatan waktu kontak 100 rpm adalah sebesar 0,999. Penentuan isoterm adsorpsi Freundlich diperoleh dengan membuat hubungan antara log Ce dengan log qe. Grafik isoterm Freundlich dapat dilihat pada Gambar 4.7 di bawah ini :

Gambar 4.8 Hubungan antara log konsentrasi akhir (Ce) dengan log kapasitas penyerapan (qe) isoterm FreundlichPada Gambar 4.8 nilai regresi yang diperoleh adalah sebesar 0,990 untuk konsentrasi aktivasi 0,8 M pada kecepatan waktu kontak 100 rpm.Penentuan isotermis adsorpsi Langmuir ataupun Freundlich diketahui dengan cara melihat nilai R2. Isoterm adsorpsi ion logam Cr6+ dengan menggunakan ampas bubuk teh mengikuti persamaan yang mempunyai nilai R2 mendekati 1. Berdasarkan Gambar 4.6 dan Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa persamaan isoterm Langmuir memiliki nilai R2 mendekati 1 yaitu 0,999 sehingga dapat disimpulkan bahwa adsorpsi ion Cr6+ mengikuti persamaan isoterm Langmuir.Nilai regresi persamaan Langmuir digunakan untuk mendapatkan nilai kapasitas penyerapan maksimum (qm) dan konstanta adsorpsi Langmuir (k) dimana dengan didapatkannya nilai ini maka dapat diketahui banyaknya jumlah adsorbat yang mampu diserap per gram adsorben.Isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa situs-situs aktif yang terdapat pada permukaan adsorben adalah homogen dimana situs aktif, energi dan jenis ikatan yang terjadi adalah sama. Interaksi antara adsorben dan adsorbat terjadi pada lapisan pertama pada permukaan adsorben sehingga ikatan yang terjadi adalah ikatan kuat antara situs aktif dengan ion logam Cr6+ (monolayer).

4.5 Kinetika Adsorpsi