Isoterm Adsorpsi Zat Warna oleh Karbon Aktif

A. Tujuan

1.   Menentukan model yang sesuai untuk adsorpsi zat warna oleh karbon aktif.

2. Menghitung kapasitansi adsorpsi oleh karbon aktif.

B. Teori

Adsorpsi terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat. Energi potensial permukaan dan molekul turun dengan mendekatnya molekul ke permukaan, yang menyatakan energi potensial dua atom sebagai fungsi jarak. Adsorpsi terbagi dua, yaitu fisisorpsi (adsorpsi fisika) dan kemisorpsi (adsorpsi kimia). Gaya yang menyebabkan adsorpsi fisika adalah sama seperti yang menyebabkan kondensasi gas untuk membentuk cairan dan umumnya dikenal sebagai gaya  van der Waals. Banyaknya molekul yang teradsorpsi dapat berupa beberapa lapisan molekul. Adsorpsi fisika dapat dengan mudah dibalik dengan menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut, dan banyaknya adsorpsi akan makin kecil dengan kenaikan suhu. Kemisorpsi mencakup pembentukan ikatan kimia. Oleh karena itu, sifatnya lebih spesifik daripada adsorpsi fisika. Dalam kemisorpsi, ikatannya dapat sedemikian kuatnya, sehingga spesies aslinya tak dapat lagi ditemukan (Alberty dan Daniels, 1983).

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktifator bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi, yang disebut arang aktif. Karbon aktif dapat digunakan sebagai adsorben karena selain dapat menyerap logam dapat pula menarik warna dari suatu larutan. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25 - 1000% terhadap berat arang aktif.

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi :

1. Isoterm Langmuir

Isoterm ini berdasar asumsi bahwa:

a. Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap.

b. Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama.

c. Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.

Teori Langmuir menggambarkan proses adsorbsi terdiri dari dua proses berlawanan, yaitu kondesasi molekul-molekul fase teradsobsi menuju permukaan dan evaporasi/penguapan molekul-molekul dari permukaan kembali ke dalam larutan.

Dengan persamaan:

, dimana :

N = jumlah adsorbat yang teradsorbsi per gram adsorban pada konsentrasi pada    saat kesetimbangan.

C = konsentrasi saat tercapai kesetimbangan

Nm = jumlah mol adsorbat yang diperlukan untuk satu lapisan tunggal.

2. Isoterm Freundlich

Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isotherm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya adalah

x/m = kC1/n 

dengan,

x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg)

m = massa dari adsorben (mg)

C = konsentrasi dari adsorbat yang tersisa dalam kesetimbangan

k,n,= konstanta adsorben

Dari persamaan tersebut, jika konstentrasi larutan dalam kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan diperoleh gradien n dan intersep k. Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini akan digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan, karena dengan isoterm ini dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben.

3. Isoterm Brunauer, Emmet, and Teller (BET)

Isoterm ini berdasar asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa molekul-molekul adsorbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat di permukaannya. Pada isoterm ini, mekanisme adsoprsi untuk setiap proses adsorpsi berbeda-beda. Mekanisme yang diajukan dalam isoterm ini adalah:Isoterm Langmuir biasanya lebih baik apabila diterapkan untuk adsorpsi kimia, sedangkan isoterm BET akan lebih baik daripada isotherm Langmuir bila diterapkan untuk

adsoprsi fisik.

C. Prosedur Percobaan

1. Alat dan bahan yang digunakan

1.   Erlenmeyer 250 mL

2. Labu takar 250 mL

3.  Pipet volum 10 mL

4. Batang pengaduk

5.  Shaker

6. Gelas beker 250 mL

7.  Kuvet

1.   Corong

2. Gelas arloji

3.   Zat Warna

4. Karbon aktif

5.  Kertas saring

6. Aluminium foil

7.  Spektronik 2D

1.   3.      Cara Kerja

1.   a.      Pembuatan Kurva Kalibrasi

2. Dibuat Larutan zat warna 10 ppm

3.  Dibuat larutan standar dengan konsentasi 0,5 ppm, 1 ppm, 2 ppm, 4 ppm, dan 8 ppm masing-masing 50 mL dengan menencerkan larutan zat warna 10 ppm.

4. Kemudian ditentukan absorbansinya pada panjang gelombang (λ) yang sesuai dengan zat warna

1.   b.      Adsorpsi Isotermal.

2. Dibuat larutan zat warna 100 ppm

3.  Dengan mengencerkan zat warna 100 ppm dibuat larutan dengan konsentrasi 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, dan 25 ppm masing-masing 100 mL

4. Dibersihkan dan dikeringkan 5 buah erlemeyer 250 mL, kemudian masing-masing

dimasukkan 1 g karbon aktif.

1.   Ditambahkan 100 mL larutan zat warna dengan konsentrasi 5, 10, 15, 20 dan 25 ppm.

2. Kelima erlemeyer ditutup menggunakan aluminium foil, kemudian diaduk

menggunakan shaker selama 30 menit.

1.   Larutan kemudian disaring menggunakan mengunakan kertas saring untuk memisahkan karbon aktofnya.

2. Kemudian diukur absorbansi larutan pada panjang gelombang (λ) zat warna.

C. Pengolahan data dan perhitungan

1.   Buat Kurva kalibrasi zat warna

2. Buat grafik  versus  untuk isotem Freundlich dan C/n versus C untuk isotherm Langmuir

3.  Tentukan kapasitas adsorbsinya

D. Daftar Pustaka

Castellan, G W 1983, Physical Chemistry, edisi ke-3, Addison-Wesley Publising Co. Inc., Massachuset,

Alberty, R. A., Danniels, F., 1983, Kimia Fisika versi S1 edisi kelima jilid 1,diterjemahkan oleh N.M. Surdia, Erlangga, Jakarta.

Atkins, P. W., 1997, Kimia Fisika, Jilid 2, Erlangga, Jakarta.

Top of Form