isoterm-adsorpsi

PRAKTIKUM IIIISOTERM ADSORPSI KARBON AKTIF

I. TUJUAN

Menentukan isoterm adsorpsi menurut Freundlinch bagi proses adsorpsi asam

asetat oleh arang.

II. LATAR BELAKANG TEORI

Adsorpsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada

permukaan zat lain, sebagai akibat dari ketidakjenuhan gaya-gaya pada

permukaaan zat tersebut. Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban,

dimana adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan

dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorban adalah merupakan suatu media

penyerap yang dalam hal ini berupa senyawa karbon.

Adsorpsi 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. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada

absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam absorbens sedangkan pada adsorpsi zat

yang diserap hanya terdapat pada permukaannya (Sukardjo, 1990).

Komponen yang terserap disebut adsorbat (adsorbate), sedangkan daerah

tempat terjadinya penyerapan disebut adsorben (adsorbent / substrate).

Berdasarkan sifatnya, adsorpsi dapat digolongkan menjadi adsorpsi fisik dan kimia.

Tabel 1. Perbedaan adsorpsi fisik dan kimia

Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia

Molekul terikat pada adsorben oleh

gaya van der Waals

Molekul terikat pada adsorben oleh

ikatan kimia

Mempunyai entalpi reaksi -4 sampai

-40 kJ/mol

Mempunyai entalpi reaksi -40 sampai

-800 kJ/mol

Dapat membentuk lapisan multilayer Membentuk lapisan monolayer

Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di

bawah titik didih adsorbat

Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan fungsi adsorbat

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan karakteristik adsorben dan

Helivia Elvandari/kelompok 3

adsorbat

Tidak melibatkan energi aktifasi

tertentu

Melibatkan energi aktifasi tertentu

Bersifat tidak spesifik Bersifat sangat spesifik

Proses adsorpsi dalam larutan, jumlah zat teradsorpsi tergantung pada

beberapa faktor, yaitu :

a. Jenis adsorben

b. Jenis adsorbat

c. Luas permukaan adsorben

d. Konsentrasi zat terlarut

e. Temperatur (Atkins, 1990).

Penentuan Adsorpsi IsotermPerubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan

mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang

sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm BET adalah dua diantara isoterm-isoterm

adsorpsi yang dipelajari:

a. Isotherm Langmuir

Meskipun terminology adsorpsi pertama kali diperkenalkan oleh Kayser (1853-

1940), penemu teori adsorpsi adalah Irving Langmuir (1881-1957), Nobel laureate in

Chemistry (1932). Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi,yaitu :

(1) Adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer),

(2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan

(3) Semua situs dan permukaannya

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan

menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi

pada permukaan adsorben dengan molekulmolekul zat yang tidak teradsorpsi.

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut :

C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat

yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan

afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben.

Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti pada Gambar 1.


b. Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan

monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada

adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben

bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan

sebagai berikut.

Log (x/m) = log k + 1/n log c.................................................................(2),

sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.

Bagi suatu sistem adsorpsi tertentu, hubungan antara banyaknya zat yang

teradsorpsi persatuan luas atau persatuan berat adsorben dengan konsentrasi yang

teradsorpsi pada temperatur tertentu disebut dengan isoterm adsorpsi ini dinyatakan

sebagai:

x/m = k. Cn.........................................................................................................(1)

dalam hal ini :

x = jumlah zat teradsorpsi (gram)

m = jumlah adsorben (gram)

C = konsentrasi zat terlarut dalam larutan, setelah tercapai kesetimbangan

adsorpsi


k dan n = tetapan, maka persamaan (1) menjadi :

log x/m = log k + n log c................................................................................(2)

persamaan ini mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorpsi menuruti isoterm

Freundlich, maka aluran log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis

dapat dievaluasi tetapan k dan n (Tim Dosen Kimia Fisika, 2012).

Arang AktifArang adalah padatan berpori hasil pembakaran bahan yang mengandung

karbon. Arang tersusun dari atom-atom karbon yng berikatan secara kovalen

membentuk struktur heksagonal datar dengan sebuah atom C pada setiap sudutnya

(Gambar 3). Susunan kisi-kisi heksagonal datar ini tampak seolah-olah seperti pelat-

pelat datar yang saling bertumpuk dengan sela-sela di antaranya.

Gambar 3 Struktur grafit karbon aktifSebagian pori-pori yang terdapat dalam arang masih tertutup oleh hidrokarbon

dan senyawa organik lainnya. Komponen arang ini meliputi karbon terikat, abu, air,

nitrogen, dan sulfur. yang mempunyai luas permukaan dan jumlah pori sangat banyak

(Baker 1997).

Setyaningsih (1995) membedakan karbon aktif menjadi 2 berdasarkan

fungsinya, yaitu Karbon adsorben gas (gas adsorbent carbon): Jenis arang ini

digunakan untuk mengadsorpsi kotoran berupa gas. Pori-pori yang terdapat pada

karbon aktif jenis ini tergolong mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu

melewatinya, tetapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon aktif jenis ini

dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa. Selanjutnya adalah karbon fasa cair

(liquid-phase carbon). Karbon aktif jenis ini digunakan untuk mengadsorpai kotoran

atau zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon aktif

ini adalah makropori yang memungkinkan molekul berukuran besar untuk masuk.

Karbon jenis ini biasanya berasal dari batu bara, misalnya ampas tebu dan sekam

padi.


III. ALAT DAN BAHAN

a. Alat-alat yang digunakan:

1. Labu erlenmeyer bertutup 250 ml 12 buah

2. Pipet volume 10 ml 1 buah

3. Pipet volume 25 ml 1 buah

4. Buret 50 ml 1 buah

5. Corong 1 buah

6. Pengaduk 1 buah

7. Spatula 1 buah

8. Neraca analitik 1 buah

9. Kertas saring 6 buah

10. Statif 1 buah

11. Stopwatch 1 buah

12. Pembakar spirtus 1 buah

13. Kasa asbes 1 buah

14. Kaki tiga 1 buah

15. Cawan porselin 1 buah

b. Bahan-bahan yang digunakan:

1. Asam asetat (CH3COOH) 0.5 N

2. Adsorben arang atau karbon

3. Natrium Hidroksida (NaOH) 0.1 N

4. Indikator Phenolptalin (pp)


IV. SKEMA KERJA


Panaskan arang

Dinginkan

Masukkan masing-masing 1 gram ke

dalam 6 erlenmeyer

Menyiapkan masing-masing 125 mL larutan CH3COOH 0,500 N, 0,250 N , 0,125 N ,0,0625 N,

0,0313 N dan 0,0156 N

masukkan

Tutup dengan plastik. Biarkan 30 menit dan kocok 1

menit/10 menit

Masing-masing sisa CH3COOH 25 mL dititrasi

dengan NaOH 0,1 M

NaOH

CH3COOH

NaOH

Titrasi larutan tersebut dengan NaOH 0,1 M masing-masing 5 mL, 5mL, 10 mL, 25 L, 25 mL, 25 mL.

CH3COOH

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

NoMassa

(gram)

Konsentrasi asam (N) X

(gram)X/m

Log

x/mLog C

Awal Akhir ∆C

1 1,0031 0,477 0,430 0,047 0,282 0,2811 -0,551 -1,3282 1,0026 0,242 0,224 0,018 0,108 0,1077 -0,967 -1,7443 1,0011 0,121 0,103 0,018 0,108 0,1078 -0,967 -1,7444 1,0022 0,061 0,052 0,009 0,054 0,0539 -1,269 -2,0465 1,0014 0,030 0,0296 0,0004 0,0024 0,0024 -2,620 -3,3986 1,0023 0,015 0,012 0,003 0,018 0,0179 -1,745 -2,523

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan isotherm adsorpsi menurut

freundlich bagi proses adsorpsi asam asetat pada arang. Percobaan ini dilakukan

secara kuantitatif, yaitu dengan cara menghitung volume larutan asetat mula-mula

sebelum ditambah karbon aktif dibandingkan dengan volume larutan asetat setelah

ditambah karbon aktif, seperti yang tercantum di hasil percobaan dan

direpresentasikan dalam bentuk kurva. Dalam percobaan ini menggunakan karbon

aktif sebagai adsorben, asam asetat dengan berbagai konsentrasi sebagai adsorbat

serta larutan NaOH 0,1 N sebagai larutan standar. Larutan asam asetat yang telah

dibuat dalam berbagai konsentrasi dimasukkan arang aktif dan didiamkan selama

30 menit. Peristiwa adsorpsi yang terjadi bersifat selektif dan spesifik dimana asam

asetat lebih mudah teradsorpsi dari pelarut (air), karena arang aktif (karbon) hanya

mampu mengadsorpsi senyawa-senyawa organik.

Perubahan konsentrasi asam asetat sebelum dan sesudah adsorpsi dapat

diketahui dengan cara mentitrasi filtrat yang mengandung asam asetat dengan

larutan standar NaOH 0.1 N. Konsentrasi awal asam asetat mempengaruhi volume

titrasi yang digunakan. Semakin besar konsentrasinyanya semakin banyak larutan

NaOH yang digunakan. Hal ini disebabkan karena semakin besar konsentrasi, letak

antara molekulnya semakin berdekatan sehingga susah untuk mencapai titik

ekivalen pada saat proses titrasi.

Dalam percobaan isoterm adsorpsi arang aktif digunakan larutan asam

asetat dalam berbagai variasi konsentrasi. yaitu, 0.500 N, 0.250 N, 0.125 N, 0.0625

N, 0.0313 N, 0.0156 N. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui kemampuan arang

untuk mengabsorpi larutan asam asetat dalam berbagai konsentrasi pada suhu

konstan.

Arang dalam percobaan sebagai absorben (zat yang mengapsorbsi)

dimana dalam awal percobaan arang ini harus dipanaskan terlebih dahulu.


Pemanasan dilakukan sampai keluar asap, jangan lakukan pemanasan sampai

arang membara. Pemanasan arang sampai membara dapat menjadikan arang

menjadi abu, dimana jika telah menjadi abu, arang tersebut tidak dapat lagi untuk

menjadi absorben. Tujuan dari pemanasan ini adalah untuk membuka pori-pori

permukaan dari arang agar mampu mengabsorpsi secara maksimal, dalam

percobaan ini yaitu mengabsorpsi asam asetat.

Larutan asam asetat mendapat dua perlakuan yang berbeda. Pertama

(awal) asam asetat yang murni, tidak mendapat perlakuan apa-apa, sedang yang

kedua (akhir) ditambah dengan arang dan disaring. Kedua perlakuan ini dilakukan

untuk membandingkan konsentrasi asam asetat yang dicampurkan arang dan asam

asetat yang tidak diberikan perlakuan khusus yang nantinya akan sama-sama

dititrasi dengan larutan baku NaOH 0.1 N dengan indikator phenolphtalein. Indikator

PP sangat peka terhadap gugus OH- yang terdapat pada larutan NaOH.

Pada percobaan ini akan ditentukan harga tetapan-tetapan adsorpsi

isotherm Freundlich bagi proses adsorpsi CH3COOH terhadap arang. Variabel yang

terukur pada percobaan adalah volume larutan NaOH 0.1 N yang digunakan untuk

menitrasi CH3COOH. Setelah konsentrasi awal dan akhir diketahui, konsentrasi

CH3COOH yang teradsorpsi dapat diketahui dengan cara pengurangan konsentrasi

awal dengan konsentrasi akhir. Selanjutnya dapat dicari berat CH3COOH yang

teradsorpsi. Dengan cara X = C*Mr*100/1000.

Dari data pengamatan dan hasil perhitungan, konsentrasi asam asetat

sebelum adsorpsi lebih tinggi daripada setelah adsorpsi. Hal ini karena asam asetat

telah diadsorpsi oleh arang aktif. Dari data juga dibuat suatu grafik dimana x/m

diplotkan sebagai ordinat dan C sebagai absis.

Grafik hubungan antara x/m dengan c maupun hubungan antara log x/m

dengan log C dari percobaan dapat dilihat pada gambar grafik berikut.


-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = 1.00022810951971 x − 0.776924337179511R² = 0.999999858695029

log c

log

x/m

Gambar 4. Grafik hubungan log x/m vs log c

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.050

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

f(x) = 5.98144571538867 x + 5.61066008566147E-05R² = 0.999999356186248

x/m

C

Gambar 5. Grafik hubungan C vs x/m

Grafik 1 merupakan Grafik Isoterm Adsorpsi Freundlich. Dari persamaan

grafik tersebut jika dianalogikan dengan persamaan Freundlich maka akan didapat

nilai k dan n. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai

berikut.

Log (x/m) = log k + 1/n log c sedangkan persamaan grafik Isotherm

Adsorpsi Freundlich adalah y = 1x - 0.776, sehingga didapat nilai Log k = -0.776 dan

1/n = 1. Maka nilai k adalah 0.1675 dan nilai n adalah 1.

Mengenai gambar grafik 1 yang dihasilkan sudah hampir sesuai dengan

teori isotherm adsorpsi Freundlich yaitu grafik berupa garis linear sedangkan grafik


2 belum sesuai dengan teori isotherm adsobsi Langmuir karena seharusnya grafik

seperti setengah trapezium mengalami kenaikan dan selanjutnya terjadi

kekonstanan. Namun dari hasil percobaan ini grafik terus mengalami kenaikan. Hal

ini mungkin terjadi dalam kesalahan pengenceran asam asetat.

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan :

1. Arang dapat berfungsi sebagai adsorpsi.

2. Semakin besar konsentrasi asam asetat yang digunakan maka semakin besar

pula jumlah zat dalam larutan asam asetat yang terserap.

3. Dari perhitungan regresi linear diperoleh nilai k adalah 0.1675 dan nilai n

adalah 1.

Saran :

1. Mempelajari cara kerja dan landasan teori sebelum praktikum agar tidak terjadi

kesalahan selama praktikum.

2. Penggunaan alat yang terbatas dan alat yang tidak valid membuat percobaan

kurang efisien.

3. Berhati-hati dalam melakukan titrasi, karena satu tetes titrat sangat berpengaruh

terhadap hasil akhir titrasi, sehingga bisa mejadikan data kurang valid.

4. Dalam pengeceran larutan yang dipakai adalah larutan induk yaitu larutan yang

paling pekat atau konsentrasinya tinggi.


VII. DAFTAR PUSTAKA

Atkins PW. 1997. Kimia Fisika. Ed ke-4. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Jakarta:

Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry.

Baker FS, Miller CE, Repik AJ, Tollens ED. 1997. Activated carbon. Di dalam:

Ruthven DM, editor. Encyclopedia of Separation Technology, Volume 1 (A

kirk-Othmer Encyclopedia). New York: J Wiley.

Setyaningsih H. 1995. Pengolahan limbah batik dengan proses kimia dan adsorpsi

karbon aktif [tesis]. Jakarta: Program Pascasarjana, Universitas Indonesia.

Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Penerbit Rineka Cipta. Jakarta.

Tim Dosen Kimia Fisika.2012.Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik.Semarang:

FMIPA UNNES.

Mengetahui, Semarang, 24 Oktober 2012

Dosen Pengampu Praktikan,

Ir. Sri Wahyuni, M.Si Helivia Elvandari

NIP NIM. 4301410013


PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. Apakah percobaan ini termasuk jenis adsorpsi fisik atau kimia ? Jelaskan!

Jawab:

pada percobaan termasuk ke dalam adsorpsi secara fisika dikarenakan ikatan

yang terlibat dalam adsorpsi ini yaitu ikatan yang lemah yang merupakan ikatan

van der waals dan melalui panas reaksi yang rendah.

2. Apakah perbedaan antara kedua jenis adsorbs ini ? berikan beberapa contoh dari

kedua jenis adsorpsi ini !

Jawab :

Adsorpsi terbagi atas 2, yaitu :

a. Adsorpsi secara kimia : merupakan adsorpsi menggunakan senyawa kimia.

Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan kimia.

Mempunyai entalphi reaksi -40 sampai -500 kj/mol.

Membentuk lapisan monolayer.

Contoh : ion exchange.

b. adsorpsi secara fisika : adsorpsi dengan menggunakan sifat fisika

Molekul terikat pada adsorben oleh gaya vander waals.

Mempunyai entalphi reaksi Melibatkan energy aktivasi -4 sampai -40

kJ/mol.

Dapat membentuk lapisan multi player.

Tidak melibatkan energy aktivasi.

Contoh : adsorbs oleh karbon aktif.

3. Apakah perbedaanya yang terjadi pada pengaktifan arang dengan cara

pemanasan?

Pengaktifan arang dengan cara pemanasan :

a. L-karbon (L-AC) yaitu karbon aktif yang dibuat dengan oksidasi pada suhu

300oC – 400oC (570o-750oF) dengan menggunakan udara atau oksidasi kimia.

L-AC sangat cocok dalam mengadsorpsi ion terlarut dari logam berat basa

seperti Pb2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+. Karakter permukaannya yang bersifat asam

akan berinteraksi dengan logam basa. Regenerasi dari L-AC dapat dilakukan

menggunakan asam atau garam seperti NaCl hampir sama pada perlakuan

pertukaran ion.

b. H-karbon (H-AC) yaitu karbon aktif yang dihasilkan dari proses pemasakan

pada suhu 800o-1000oC (1470o-1830oF) kemudian didinginkan pada

atmosphere inersial. H-AC memiliki permukaan yang bersifat basa sehingga

tidak efektif dalam mengadsorpsi logam berat alkali pada suatu larutan air


tetapi sangat lebih effisien dalam mengadsorpsi kimia organik, partikulat

hidrofobik, dan senyawa kimia yang mempunyai kelarutan yang rendah dalam

air. Akan tetapi H-AC dapat dimodifikasi dengan menaikan angka asiditas.

Permukaan yang netral akan mengakibatkan tidak efektifnya dalam mereduksi

dan mengadsorpsi kimia organik sehingga efektif mengadsorpsi ion logam

berat dengan kompleks khelat zat organik alami maupun sintetik dengan

menetralkannya.

4. Bagaimana isotherm adsorpsi Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat

padat? Apa pembatasnya?

Isotherm Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat kurang baik

atau memuaskan. Hal ini terjadi karaena pada adsorpsi Freundlich situs-situs

aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Gas merupakan

campuran yang homogeny sehingga kurang cocok jika digunakan dalam

isotherm Freundlich.

Batasannya : adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben

bersifat heterogen.

5. Mengapa isoterm Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat

kurang memuaskan dibandingkan dengan isoterm adsopsi Langmuir?

Bagaimana bentuk isotherm adsorbs yang terakhir ini ?

Jawab :

Isoterm Freundlich untuk adsorpsi gas permukaan zat padat kurang memuaskan

karena nilai Vm tidak akab dicapai walaupun tekannaya diperbesar dan tidak

sesuai untuk adsordat dengan konsentrsi yang sangat tinggi.Sedangkan pada

isoterm Langmuir mengemukakan asumsi yang lebih baik. Isoterm Langmuir

sangat sederhana didasarkan pada asumsi bahwa setiap tempat adsorbs adalah

akivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tempat ini tidak bergantung

pada tempati atau tidaknya tempat yang berdekatan.


LAMPIRAN

Table pengamatan 1

Konsentrasi

CH3COOH

AwalAkhir

(dengan penambahan arang)

CH3COOH

(mL)

NaOH 0.1 N

(mL)

CH3COOH

(mL)

NaOH 0.1 N

(mL)

0.500 N 10 47.7 5 21.5

0.250 N 10 24.2 5 11.2

0.125 N 10 12.1 10 10.3

0.0625 N 10 6.1 25 13.0

0.0313 N 10 3.0 25 7.4

0.0156 N 10 1.5 25 3.0

Tabel pengamatan 2 :

NoMassa

(gram)

Konsentrasi asam (N) X

(gram)X/m Log x/m Log C

Awal Akhir ∆C

1 1,0031 0,477 0,430 0,047 0,282 0,2811 -0,551 -1,3282 1,0026 0,242 0,224 0,018 0,108 0,1077 -0,967 -1,7443 1,0011 0,121 0,103 0,018 0,108 0,1078 -0,967 -1,7444 1,0022 0,061 0,052 0,009 0,054 0,0539 -1,269 -2,0465 1,0014 0,030 0,0296 0,0004 0,0024 0,0024 -2,620 -3,3986 1,0023 0,015 0,012 0,003 0,018 0,0179 -1,745 -2,523

Sebelum absorpsi Sesudah adsorpsia. CH3COOH 0,5 N a. CH3COOH 0,5 N

V1 N1 = V2 N2 V1 N1 = V2 N2

10 mL .N1 = 47.7 mL. 0,1 N 5 mL .N1 = 21.5 mL. 0,1 N

N1 = 0.477 N N1 = 0,43 N

b. CH3COOH 0,25 N b. CH3COOH 0,25 N

V1 N1 = V2 N2 V1 N1 = V2 N2

10 mL .N1 = 24.2 mL. 0,1 N 5 mL .N1 = 11.2 mL.0,1 N

N1 = 0,242 N N1 = 0,224 N


c. CH3COOH 0,125 N c. CH3COOH 0,125 N

V1 N1 = V2 N2 V1 N1 = V2 N2

10 mL .N1 = 12.1 mL. 0,1 N 10 mL .N1 = 10.3 mL. 0,1 N

N1 = 0.121 N N1 = 0.103 N

d. CH3COOH 0,0625 N d. CH3COOH 0,0625 N

V1 N1 = V2 N2 V1 N1 = V2 N2

10 mL .N1 = 6.1 mL. 0,1 N 25 mL .N = 13.0 mL. 0,1 N

N1 = 0,061 N N1 = 0,052 N

e. CH3COOH 0,0313 N e. CH3COOH 0,0313 N

V1 N1 = V2 N2 V1 N1 = V2 N2

10 mL .N1 = 3.0 mL. 0,1 N 25 mL .N1 = 7.4 mL. 0,1 N

N1 = 0,030 N N1 = 0,0296 N

f. CH3COOH 0,0156 N f. CH3COOH 0,0156 N

V1 N1 = V2 N2 V1 N1 = V2 N2

10 mL .N1 = 1.5 mL. 0,1 N 25 mL .N1 = 3.0 mL. 0,1 N

N1 = 0,015 N N1 = 0,012 N

Jumlah zat yang teradsorpsi (x)

1. x1 = (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000

= 0.047 x 60 x 100 / 1000

= 0.282 gram


= 0.018 x 60 x 100 / 1000

= 0.108 gram


= 0.018 x 60 x 100 / 1000

= 0.108 gram


= 0.009 x 60 x 100 / 1000

= 0.054 gram



= 0.0004 x 60 x 100 / 1000

= 0.0024 gram


= 0.003 x 60 x 100 / 1000

= 0.018 g


JAR TEST

JAR TEST

Tujuan percobaan pengolahan air secara fisik adalah mempelajari proses pemisahan padatan tersuspensi (suspended solid) dari air parit di samping jurusan Teknik Material dan Metalurgi ITS dengan metode jartest menggunakan koagulasi dan flokulasi dan metode sand filter dengan parameter yang di uji yaitu pH, TDS, TSS, dan alkalinitas.A. Pengolahan Secara Fisik (sand filter)

Pengolahan secara fisik seperti saringan, pengendapan karena beratnya :

Memisahkan padatan yang kasar

Memisahkan padatan yang terapung

Memisahkan minyak dan lemak

1. Memisahkan padatan yang kasar

Pasir lumpur dapat diendapkan tanpa penambahan bahan kimia (koagulasi dan flokulasi) dalam bak pengendap.

2. Memisahkan padatan yang terapung

Plastik dan zat-zat yang organik sering dijumpai pada air permukaan terutama yang melewati pemukiman penduduk. Untuk memisahkan digunakan scren maupun bak penampung dengan mengatur pengeluaran exfluen di bawah permukaan air dan kotoran yang terapung dapat dipisahkan secara manual maupun mekanis.

3. Memisahkan minyak dan lemak

Merupakan kontaminan yang sangat mengganggu dalam penggunaan kebutuhan industri. Untuk memisahkan dengan cara skimming atau floatation.

Filtrasi

Air yang keluar dari proses flokulasi yang masih mengandung flok-flok halus masih memerlukan penyaringan melalui suatu media


yang berpori dimana flok atau padatan tertapis, sedangkan air jernih diteruskan.

Efektivitas proses filtrasi (sand filter) tergantung dari :

- rate filtrasi

- ukuran filter media

- susunan media filter

- tinggi atau kedalaman (bed) filter

Macam-macam Filter/ sand filter

Menurut cara kerjanya filter dapat digolongkan sebagai :

a. Gravity Filter

Merupakan filter yang terbuka (tekanan atmosfer)dengan filter medium adalah lapisan pasir halus dan kasar setinggi 60-90 cm air turun melalui filter bed ini.

Air yang tersaring mengalir melalui under draining system (pematusan) dan di alirkan ke penampung air bersih. Untuk membersihkan unit tersebut, air dialirkan ke atas melalui pematusan dan melalui bed. Benda padat yang tertahan pada pori-pori maupun permukaan bed akan terbuang. Kadang-kadang udara juga dipakai sebagai pengaduk medium.(Subyakto,1997. Hal III-22)

b. Pressure Filter

Pada dasarnya, presure filter sama saja dengan grafity filter. Hanya tipe ini dilakukan dalam tangki tertutup dimana air dipaksa melalui bed dengan tekanan yang cukup tinggi.

Untuk filter medium selain pasir juga digunakan kerikil dengan ketinggian antara lain:

Lapisan kerikil = 20 – 50 cm

Lapisan pasir = 45 – 75 cm

Untuk industri, tipe yang ini lebih umum digunakan dibanding grafity filter, karena berbagai alasan:

Kecepatan aliran lebih besar untuk luas bed yang sama


Areal yang didunakan lebih kecil

Turbidity

Kekeruhan di dalam air disebabkan oleh adanya zat tersuspensi, seperti: lempung, lumpur, zat organik, plankton dan zat – zat halus lainnya. Kekeruhan merupakan sifat optis dari suatu larutan yaitu : hamburan dan absorpsi cahaya yang melaluinya. Tidak dapat dihubungkan secara langsung antara kekeruhan dengan kadar semua jenis zat suspensi, karena tergantung juga kepada ukuran dan bentuk butir.(Santika, 1984. Hal 96)

Keruh dinyatakan untuk air yang mengandung suspensi. Kekeruhan terjadi karena suspensi material. Suatu air tampak keruh karena mengandung suspensi material. Kekeruhan terjadi dari alga yang mati atau organisme lain. Ini umumnya disebabkan karena adanya endapan Lumpur atau tanah liat. Macam dan karakter dari turbidity tergantung pada tipe tanah. Ketika air berlebih, berat dan besar partikel suspensi akan cepat mengendap. Air tanah akan menjadi bersih jika turbidity disaring.(Santika, 1984. Hal 96)

Turbiditas menurut ASTM adalah penunjukan sifat optikal sampel yang menyebabkan sinar cahaya berhamburan dan diserap untuk kemudian dipindahkan dalam suatu garis lurus melalui sampel.(Santika, 1984. Hal 96)

E. Proses koagulasi-flokulasia. Proses koagulasi : Proses dimana ion-ion dengan muatan yang berlawanan dengan muatan koloid, dimasukkan ke dalam cairan sehingga meniadakan kestabilan koloid.

b. Proses flokulasi : Penggumpalan dan atau adsorpsi koloid yang telah mengalami koagulasi membentuk flok yang padat yang mudah mengendap.

Pada proses awal (koagulasi), koagulan ditambahkan dengan disertai pengadukan cepat untuk mendapatkan homogenitas dari Helivia Elvandari/kelompok 3

larutan dan diikuti dengan proses pengadukan lambat (8-10 rpm), dimana koagulan akan menetralkan muatan koloid, sehingga partikel ini dapat membentuk gumpalan (inti flok), yang selanjutnya bergabung menjadi partikel-partikel lebih besar yang lebih cepat mengendap dan proses ini dinamakan sebagai flokulasi. Partikel dengan ukuran 1,0 mm-10 mm dapat diklasifikasikan koloid.

Jar TestJar test adalah suatu percobaan yang berfungsi untuk menentukan dosis

optimal dari koagulan (biasanya tawas/alum) yang digunakan pada proses pengolahan air bersih. Jar Test merupakan proses penjernihan air dengan menggunakan koagulan, dimana koagulan akan membentuk flok – flok dengan adanya ion – ion yang terkandung dalam larutan sampel. Flok-flok ini mengumpulkan partikel-partikel kecil dan koloid yang tumbuh dan akhirnya bersama-sama mengendap.

Flok terbentuk dengan bantuan agitasi dari alat agitator. Dengan konsentrasi dan volume koagulan yang berbeda akan membentuk koagulan yang berbeda dan tentunya akan menghasilkan tingkat kejernihan yang berbeda. Umumnya koagulan tersebut berupa Al2(SO4)3, namun dapat pula berupa garam FeCl3 atau sesuatu poly-elektrolit organis.

Koagulasi dan KoagulanKoagulasi adalah proses penambahan bahan-bahan kimia untuk

memebentuk gumpalan (flok) yang selanjutnya dipisahkan pada proses flokulasi. Sedangkan flokulasi adalah proses untuk mempercepat penggumpalan partikel dengan pengadukan sangat lambat. Koagulasi adalah proses penggumpalan partikel koloid karena penambahan bahan kimia sehingga partikel-partikel tersebut bersifat netral dan membentuk endapan karena adanya gaya grafitasi.

Secara garis besar mekanisme pembentukan flok terdiri dari empat tahap, yaitu :

1. Tahap destabilasi partikel koloid2. Tahap pembentukan partikel koloid


3. Tahap penggabungan mikroflok4. Tahap pembentukan mikroflok.

Mekanisme Koagulasi Secara Fisika1. Pemanasan Kenaikan suhu sistem koloid menyebabkan tumbukan antar

partikel-partikel sol dengan molekul-molekul air bertambah banyak.Hal ini melepaskan elektrolit yang teradsorpsi pada permukaan koloid.Akibatnya partikel tidak bermuatan. Contoh: darah.

2. Pengadukan, contoh : tepung kanji.3. Pendinginan, contoh : agar – agar.

Mekanisme Koagulasi Secara KimiaSecara kimia seperti penambahan elektrolit, pencampuran koloid yang

berbeda muatan, dan penambahan zat kimia koagulan.Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan koloid bersifat netral, yaitu:

1. Menggunakan prinsip elektroforesis Proses elektroforesis adalah pergerakan partikel-partikel koloid yang bermuatan ke elektrode dengan muatan yang berlawanan. Ketika partikel ini mencapai elektrode, maka sistem koloid akan kehilangan muatannya dan bersifat netral.

2. Penambahan koloid Dapat terjadi sebagai berikut: Koloid yang bermuatan negatif akan menarik ion positif (kation), sedangkan koloid yang bermuatan positif akan menarik ion negatif (anion). Ion-ion tersebut akan membentuk selubung lapisan kedua. Apabila selubung lapisan kedua itu terlalu dekat maka selubung itu akan menetralkan muatan koloid sehingga terjadi koagulasi. Makin besar muatan ion makin kuat daya tariknya dengan partikel koloid, sehingga makin cepat terjadi koagulasi.

3. Penambahan elektrolit Jika suatu elektrolit ditambahkan pada sistem koloid, maka partikel koloid yang bermuatan negatif akan mengadsorpsi koloid dengan muatan positif (kation) dari elektrolit. Begitu juga sebaliknya, partikel positif akan mengadsorpsi partikel negatif (anion) dari elektrolit. Dari adsorpsi diatas, maka terjadi koagulasi. Dalam proses koagulasi,stabilitas koloid sangat berpengaruh. Faktor – Faktor yang mempengaruhi proses koagulasi dan flokulasi: kualitas air, suhu air, jenis koagulan, koagulan aid, ph air, jumlah garam–garam terlarut dalam air, tingkat kekeruhan air baku, kecepatan pengadukan, waktu pengadukandan dosis koagulan.Koagulan

Koagulan adalah zat kimia yang menyebabkan destabilisasi muatan negatif partikel di dalam suspensi. Zat ini merupakan donor muatan positif yang digunakan untuk mendestabilisasi muatan negatif partikel. Koagulan yang umum dan sudah


dikenal yang digunakan pada pengolahan air adalah seperti yang terlihat pada tabel di bawah ini:

Tabel Jenis-jenis Koagulan Yang sering digunakan

Nama Formula BentukReaksi Dengan

AirpH Optimum

Aluminium sulfat,Alum sulfat, Alum, Salum

Al2(SO4)3.xH2O, x = 14,16,18

Bongkah, bubuk

Asam 6,0 – 7,8

Sodium aluminat NaAlO2 atauNa2Al2O4 Bubuk Basa 6,0 – 7,8

PolyaluminiumChloride, PAC

Aln(OH)mCl3n-mCairan, bubuk

Asam 6,0 – 7,8

Ferri sulfat Fe2(SO4)3.9H2OKristal halus

Asam 4 – 9

Ferri klorida FeCl3.6H2OBongkah, cairan

Asam 4 – 9

Ferro sulfat FeSO4.7H2OKristal halus

Asam > 8,5

Koagulan merupakan bahan kimia yang dibutuhkan untuk membantu proses pengendapan partikel–partikel kecil yang tidak dapat mengendap dengan sendirinya (secara grafitasi). Kekeruhan dan warna dapat dihilangkan melalui penambahan koagulan atau sejenis bahan – bahan kimia antara lain:

1. Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3.14H2O) Biasanya disebut tawas, bahan ini sering

dipakai karena efektif untuk menurunkan kadar karbonat. Tawas berbentuk kristal atau bubuk putih, larut dalam air, tidak larut dalam alkohol, tidak mudah terbakar, ekonomis, mudah didapat dan mudah disimpan. Penggunaan tawas memiliki keuntungan yaitu harga relatif murah dan sudah dikenal luas oleh operator water treatment. Namun Ada juga kerugiannya, yaitu umumnya dipasok dalam bentuk padatan sehingga perlu waktu yang lama untuk proses pelarutan.

2. Sodium Aluminate (NaAlO2) Digunakan dalam kondisi khusus karena harganya yang relatif mahal. Biasanya digunakan sebagai koagulan sekunder untuk menghilangkan warna dan dalam proses pelunakan air dengan lime soda ash.


3. Ferrous Sulfate (FeSO4.7H2O) Dikenal sebagai Copperas, bentuk umumnya adalah granular. Ferrous Sulfate dan lime sangat efektif untuk proses penjernihan air dengan pH tinggi (pH > 10).

4. Chlorinated copperas Dibuat dengan menambahkan klorin untuk mengioksidasi Ferrous Sulfate. Keuntungan penggunaan koagulan ini adalah dapat bekerja pada jangkauan pH 4,8 hingga 11.

5. Ferrie Sulfate (Fe2(SO4)3 Mampu untuk menghilangkan warna pada pH rendah dan tinggi serta dapat menghilangkan Fe dan Mn.

6. Ferrie Chloride (FeCl3.6H2O) Dalam pengolahan air penggunaannya terbatas karena bersifat korosif dan tidak tahan untuk penyimpanan yang terlalu lama.

Jenis KoagulanKesulitan pada saat proses koagulasi kadang-kadang terjadi karena

lamanya waktu pengendapan dan flok yang terbentuk lunak sehingga akan mempersulit proses pemisahan. Koagulan Aid menguntungkan proses koagulasi dengan mempersingkat waktu pengendapan dan memperkeras flok yang terbentuk. Jadi difinisi koagulan aids adalah koagulan sekunder yang ditambahkan setelah koagulan primer atau utama bertujuan untuk mempercepat pengendapan, pembentukan dan pengerasan flok. Jenis koagulan aid diantaranya:

1. Karbon Aktif Aktivasi karbon bertujuan untuk memperbesar luas permukaan arang dengan membuka pori-pori yang tertutup sehingga memperbesar kapasitas adsorbsi. Pori-pori arang biasanya diisi oleh hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari persenyawaan kimia yang ditambahkan akan meresap dalam arang dan membuka permukaan yang mula-mula tertutup oleh komponen kimia sehingga luas permukaan yang aktif bertambah besar. Efisiensi adsorbsi karbon aktif tergantung dari perbedaan muatan listrik antara arang dengan zat atau ion yang diserap. Bahan yang bermuatan listrik positif akan diserap lebih efektif oleh arang aktif dalam larutan yang bersifat basa. Jumlah karbon aktif yang digunakan untuk menyerap warna berpengaruh terhadap jumlah warna yang diserap.

2. Activated Silica Merupakan sodium silicate yang telah direaksikan dengan sulfuric acid, alumunium sulfate, carbon dioxide, atau klorida. Sebagai koagulan aid, activated silica memberikan keuntungan antara lain meningkatkan laju reaksi kimia, menurunkan dosis koagulan, memperluas jangkauan pH optimum dan mempercepat serta memperkeras flok yang terbentuk. Umumnya digunakan dengan koagulan alumunium dengan dosis 7 – 11% dari dosis alum.

3. Bentonic clay Digunakan pada pengolahan air yang mengandung zat warna tinggi, kekeruhan rendah dan mineral yang rendah.


4. PAC (Poly Aluminium Chloride) Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Polyaluminium chloride (PAC), Aln(OH)mCl3n-m. Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk membuat polyaluminium chloride yang dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida, seperti ditunjukkan reaksi berikut :

n AlCl3 + m OH− . m Na+ → Al n (OH) m Cl 3n-m + m Na+ + m Cl−

Senyawa ini dibuat dengan berbagai cara menghasilkan larutan PAC yang agak stabil. PAC adalah suatu persenyawaan anorganik komplek, ion hidroksil serta ion alumunium bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclearmempunyai rumus umum Alm(OH)nCl(3m-n).

Keunggulan Poly Aluminium Chloride

Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibanding koagulan lainnya adalah sebagai berikut:

1. PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak diperlukan pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

2. Kandungan belerang dengan dosis cukup akan mengoksidasi senyawa karboksilat rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai hidrokarbon yang lebih pendek dan sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk flok.

3. Kadar khlorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan cepat bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon nitrogen yang umumnya dalam truktur ekuatik membentuk suatau makromolekul terutama gugusan protein, amina, amida dan penyusun minyak dan lipida.

4. PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannya berlebihan, sedangkan koagulan yang lain (seperti alumunium sulfat, besi klorida dan fero sulfat) bila dosis berlebihan bagi air yang mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah keruh. Jika digambarkan dengan suatu grafik untuk PAC adalah membentuk garis linier artinya jika dosis berlebih maka akan didapatkan hasil kekeruhan yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC memberikan grafik parabola terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan dosis akan menaikkan kekeruhan hasil akhir, hal ini perlu ketepatan dosis.

5. PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolite yang dapat mengurangi atau tidak perlu sama sekali dalam pemakaian bahan pembantu, ini berarti disamping penyederhanaan juga penghematan untuk penjernihan air.

6. Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air sehingga penurunan pH tidak terlalu ekstrim sehingga penghematan dalam penggunaan bahan untuk netralisasi dapat dilakukan.


7. PAC lebih cepat membentuk flok daripada koagulan biasa ini diakibatkan dari gugus aktif aluminat yang bekerja efektif dalam mengikat koloid yang ikatan ini diperkuat dengan rantai polimer dari gugus polielektrolite sehingga gumpalan floknya menjadi lebih padat, penambahan gugus hidroksil kedalam rantai koloid yang hidrofobik akan menambah berat molekul, dengan demikian walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi over-load bagi instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh

Adsorbsi adalah pengumpulan zat terlarut dipermukaan media dan merupakan jenis adhesi yang terjadi pada zat padat atau cair yang kontak dengan zat-zat lainnya. Salah satu adsorben yang biasa diterapkan dalam pengolahan air minum adalah karbon aktif arang ini digunakan untuk menghilangkan bau, warna dan rasa air termasuk logam-logam ion berat. Dalam percobaan ini menggunakan karbon aktif sebagai adsorben, asam asetat dengan berbagai konsentrasi sebagai adsorbat serta larutan NaOH 0,05 N sebagai larutan standar. Larutan asam asetat yang telah dibuat dalam berbagai konsentrasi dimasukkan arang aktif dan didiamkan selama 30 menit. Peristiwa adsorpsi yang terjadi bersifat selektif dan spesifik dimana asam asetat lebih mudah teradsorbsi dari pelarut (air), karena arang aktif (karbon) hanya mampu mengadsorpsi senyawa-senyawa organik.

Perubahan konsentrasi asam asetat sebelum dan sesudah adsorpsi dapat diketahui dengan cara mentitrasi filtrat yang mengandung asam asetat dengan larutan standar NaOH 0,05 N. Konsentrasi awal asam asetat mempengaruhi volume titrasi yang digunakan. Semakin besar konsentrasinyanya semakin banyak larutan NaOH yang digunakan. Hal ini disebabkan karena semakin besar konsentrasi, letak antara molekulnya semakin berdekatan sehingga susah untuk mencapai titik ekivalen pada saat proses titrasi


isoterm-adsorpsi

Documents

Transcript of isoterm-adsorpsi