isoterm adsorbsi karbon aktif

ISOTERM ADSORPSI KARBON AKTIF

Kibtiyah Sri Rahayu, Rezalani Marista

Lab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang

Gedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati Semarang, Indonesia. Kode pos 50229

kibtiyahrahayu@gmail.com, 085640103552

Abstract

The purpose of this activity is to determine the adsorption isotherm according freundlich for cloride acid adsorption on charcoal . To determine the price constants Freundlich adsorption isotherms for the adsorption of acetic acid on charcoal used titration method between an organic solution ( cloride acid ) concentration variation 6 , ie 0.5 N , 12:25 N , 0.125 N , 0.0625 N , 0.0313 N , 0.0156 N with NaOH 0.1 N. While the adsorbent used is charcoal that has been activated first . Data resulting from the titration of acetic acid with sodium hydroxide solution were processed using acid -base titration formula and then applied the Freundlich equation . Obtained from the calculation that the concentration of cloride acid before adsorption is higher than after adsorption . This is because the cloride acid has been adsorbed by activated charcoal . Based on observational data it can be concluded that the isotherm is happening in this experiment is the Freundlich adsorption isotherm . By equation freundlich adsorption isotherms will be obtained and the constant value of the constant related to the adsorption affinity .

Keywords : adsorption; activated carbon;  isotherm; titration

                                                            Abstrak

Tujuan dari kegiatan ini adalah untuk menentukan isoterm adsorpsi menurut freundlich bagi proses adsorpsi asam klorida pada arang. Untuk menentukan harga tetapan-tetapan adsorbsi isoterm Freundlich bagi proses adsorbsi asam klorida terhadap arang digunakan metode titrasi antara larutan organik (asam klorida) 6 variasi konsentrasi, yakni 0.5 N, 0.25 N, 0.125 N, 0.0625 N, 0.0313 N, 0.0156 N dengan NaOH 0.1 N. Sedangkan adsorben yang digunakan adalah arang yang telah diaktifkan terlebih dahulu. Data hasil titrasi asam klorida dengan larutan natrium hidroksida diolah dengan menggunakan rumus titrasi asam-basa lalu kemudian diaplikasikan dalam persamaan Freundlich. Adsorpsi karbon membuat konsentrasi asam klorida mengalami penurunan. Dari hasil perhitungan didapat bahwa konsentrasi asam klorida sebelum adsorbsi lebih tinggi daripada setelah adsorbsi. Hal ini dikarenakan asam klorida telah diadsorbsi oleh arang aktif. Berdasarkan data pengamatan dapat disimpulkan bahwa isoterm yang terjadi dalam percobaan ini adalah isoterm adsorbsi Freundlich. Semakin tinggi konsentrasi adsorbat maka daya adsorbsinya pun akan meningkat sehingga semakin banyak pula zat yang teradsorbsi demikian juga sebaliknya semakin rendah konsentrasi adsorbat maka daya adsorbsinya akan menurun sehingga semakin sedikit zat yang teradsorbsi.

Kata kunci : adsorbsi; isoterm; karbon aktif; titrasi.

Pendahuluan

Adsorbsi secara umum adalah proses penggumpalan subtansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara subtansi dengan penyerapannya. Adsorbsi dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu Adsorbsi fisik dan adsorbsi kimia.

Karbon aktif merupakan adsorben yang memiliki efektivitas yang cukup tinggi. Menurut Khopkar, 2008, berbagai adsorben anorganik maupun organik dapat digunakan untuk adsorpsi seperti aluminium, bauksit, magnesia, magnesium silikat, kalsium hidroksida, silika gel, dan timah diatom. Di antara adsorben organik yang paling sering digunakan adalah arang, gula dan karbon aktif.

Dalam adsorpsi dikenal dua istilah yaitu adsorben dan adsorbat. Adsorben adalah suatu penyerap yang dalam hal ini adalah suatu senyawa karbon, sedangkan adsorbat adalah suatu media yang diserap (Soedarsono dan Benny Syahputra, 2005). Selain itu adsorben adalah zat yang mengadsorpsi zat lain dan adsorbat adalah zat yang teradsorpsi zat lain (Castellan, 1928). Dengan kata lain adsorben adalah penyerap dan adsorbat adalah yang diserap.

Suatu permukaan padatan yang bersentuhan dengan larutan akan menyebabkan molekul-molekul terlarut terserap/ adsorp pada permukaan padatan. Adsorbsi molekul digambarkan sebagai berikut :

A  +  B      —>       AB

Dimana :

A   =  adsorbat                                    AB   = jumlah bahan yang terserap

B   =  adsorben

            Energi yang dihasilkan seperti ikatan hidrogen dan gaya Van Der Waals menyebabkan bahan yang teradsorp berkumpul pada permukaan penyerap. Bila reaksi dibalik, molekul yang terserap akan terus berkumpul pada permukaan karbon aktif sehingga jumlah zat diruas kanan reaksi sama dengan jumlah zat pada ruas kiri. Apabila kesetimbangan telah tercapai, maka proses adsorpsi telah selesai. (Arifin, 2008).

            Menurut (Wahyuni, 2013) untuk proses adsorbsi dalam larutan, jumlah zat yang teradsorbsi bergantung pada beberapa faktor yaitu jenis adsorben, jenis adsorbat atau zat yang teradsorbsi, luas permukaan adsorben,konsentrasi zat terlarut, temperatur.

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada suhu tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang digunakan untuk menghitung atau menjelaskan isoterm. Persamaan ini dikemukakan oleh freundlich yang dinyatakan sebagai :

x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi                           m = massa adsorben (g)

C = konsentrasi zat terlarut dalam larutan setelah                  k,n = konstanta adsorben

tercapai kesetimbangan adsorpsi

Persamaan di atas dapat diubah menjadi :

Dari persamaan isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Dengan isoterm ini dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben (Castellan, 1982). Persamaan yang telah diuraikan di atas mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorpsi menuruti isoterm freundlich, maka alur log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis dapat dievaluasi tetapan-tetapan k dan n.

Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph dan berpori yang mengandung 85-95% karbon yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon (batubara, kulit kelapa, dan sebagainya) atau dari karbon yang diperlakukan dengan cara khusus baik aktivasi kimia maupun fisika untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m2, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25- 1000% terhadap berat karbon aktif.

Oleh karena itu dilakukan percobaan untuk menentukan isoterm adsorpsi menurut freundlich bagi proses adsorpsi asam asetat maka digunakan adsorben arang aktif.

Metode

Untuk menentukan isoterm adsorpsi menurut freundlich bagi proses adsorpsi asam klorida pada arang menggunakan metode titrasi. Bahan-bahan yang digunakan adalah sebagai berikut : HCl pekat yang dilarutkan dalam aquades menjadi larutan asam klorida 0,5 N; 0,25 N; 0,125 N; 0,0625 N; 0,0313 N; 0,0156 N, adsorben arang, 0,8 gram natrium hidroksida for syn produksi dari merck, dan indikator phenol phthalein. Sedangkan Alat-alat yang digunakan adalah : cawan porselin, labu erlenmeyer bertutup 250 mL sebanyak 12 buah, labu erlenmeyer 150 mL sebanyak 6 buah, pipet volume 10 mL sebanyak 2 buah, pipet volume 25 mL sebanyak 4 buah, buret 50 mL, corong sebanyak 6 buah.

Percobaan dilakukan dengan menggunakan asam klorida dengan 6 variasi konsentrasi. Adsorben yang digunakan adalah arang yang telah diaktifkan sebelumnya.  Pengaktifan arang dilakukan dengan cara pemanasan menggunakan suhu yang tinggi dan tidak sampai membara. Perlakuan ini dimaksudkan agar arang tidak menjadi abu.

Arang aktif digunakan untuk mengadsorbsi asam klorida dengan variasi konsentrasi 0.5 N, 0.25 N, 0.125 N, 0.0625 N, 0.0313 N, 0.0156 N yang diperoleh dari hasil titrasi dengan NaOH 0.1 N. Asam klorida yang dititrasi berasal dari sisa asam yang digunakan pada percobaan. Massa arang aktif yang digunakan dalam setiap varian konsentrasi asam klorida adalah 1 gram. Volume asam klorida yang ditambahkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 1 gram arang aktif adalah 100 mL. Setelah arang aktif tercampur bersama dengan asam asetat, kemudian labu Erlenmeyer ditutup dan dibiarkan selama setengah jam dengan perlakuan pengocokan tiap 10 menit dengan rentang waktu 1 menit pengocokan dan temperature dijaga agar tetap konstan. Langkah ini dilakukan guna menjaga kestabilan adsorben dalam mengadsorbsi adsorbat. Setelah setengah jam, larutan disaring menggunakan kertas saring yang kering. Filtrat hasil dari penyaringan tersebut kemudian dititrasi dengan NaOH 0.1 N menggunakan indikator fenolftalein. Dalam percobaan kali ini diambil 5 mL dari dua konsentrasi asam klorida tertinggi, berikutnya 12.5 mL, dan dari ketiga larutan dengan konsentrasi terendah diambil masing-masing 25 mL. Titrasi dilakukan secara duplo (dua kali pengulangan). Titik akhir titrasi ditandai dengan munculnya warna merah muda pada larutan yang tidak hilang pada saat dikocok. Apabila larutan telah mencapai titik akhir titrasi, maka proses titrasi dihentikan.

Pada percobaan isoterm adsorbsi karbon aktif ini akan ditentukan harga tetapan-tetapan adsorbsi menurut Freundlich bagi proses adsorbsi asam asetat pada arang. Variabel yang terukur pada percobaan ini adalah volume NaOH 0.1 N sebagai titer yang digunakan untuk menitrasi HCl. Setelah konsentrasi awal dan akhir diketahui, maka konsentrasi HCl yang teradsorbsi dapat diketahui dengan cara pengurangan konsentrasi awal dan akhir. Selanjutnya dapat diketahui massa HCl yang teradsorbsi.

Untuk mengetahui isoterm adsorpsi menurut freundlich bagi proses adsorpsi asam klorida pada arang, maka dari data yang diperoleh dibuat suatu grafik dimana x/m diplotkan sebagai ordinat dan C sebagai absis. Dari persamaan grafik dianalogikan dengan persamaan freundlich akan didapat nilai k dan n.

Hasil Dan Pembahasan

Hasil pengujian isoterm adsorpsi karbon aktif dengan arang sebagai adsorben dan asam klorida sebagai adsorbat dapat dilihat dari tabel di bawah ini.

Konsentrasi HCl (N)	Awal			Akhir
	HCl (mL)	NaOH		HCl	NaOH
0,5	5	32,1	30,9	5	31,2	-
0,25	5	15,1	16,2	5	15,5	-
0,125	12,5	19,7	19,2	12,5	19,5	-
0,0625	25	25,5	-	25	21,2	20,7
0,0313	25	10,1	-	25	13,0	12,8
0,0156	25	8,00	8,3	25	7,5	7,48

Tabel 1 menunjukkan kekurangstabilan volume NaOH yang dibutuhkan untuk menetralkan HCl sisa reaksi dengan karbon.

Perhitungan

Diketahui [NaOH]                  = 0,1 N

Asam Klorida yang diabsorbsi = 100
Konsentrasi awal HCl

1.      V1 x N1          = V2 x N2

31,5 x 0.1        = 5 x N2

N2                   = 0.636 N

2.       V1 x N1         = V2 x N2

15,65 x 0.1      = 5 x N2

N2                   = 0.313 N

3.      V1 x N1          = V2 x N2

19,45  x 0.1     = 12.5 x N2

N2                   =  0,1556 N

4.      V1 x N1          = V2 x N2

25,5 x 0.1        = 25 x N2

N2                   = 0.102 N

5.      V1 x N1          = V2 x N2

10,1 x 0.1        = 25 x N2

N2                   = 0.0404 N

6.      V1 x N1          = V2 x N2

8,15 x 0.1        = 25 x N2

N2                   = 0.0316 N

a.       Konsentrasi akhir CH3COOH

1.      V1 x N1          = V2 x N2

31,2 x 0.1        = 5 x N2

N2                   = 0.624 N

2.      V1 x N1          = V2 x N2

15,5 x 0.1        = 5 x N2

N2                   = 0.31 N

3.      V1 x N1          = V2 x N2

19,5 x 0.1        = 12.5 x N2

N2                   = 0.156 N

4.      V1 x N1          = V2 x N2

20,95 x 0.1      = 25 x N2

N2                   = 0.0838 N

5.      V1 x N1          = V2 x N2

12,9 x 0.1        = 25 x N2

N2                   = 0.0516 N

6.      V1 x N1          = V2 x N2

7,49 x 0.1        = 25 x N2

N2                   = 0,02996

b.      Jumlah zat yang teradsorbsi (x)

1.      x₁         = (C_awal-C_akhir) x Mr x V / 1000

= (0,636-0,624) x 60,05 x 100 / 1000

= 0,07206 gram

2.      x₂         = (C_awal-C_akhir) x Mr x V / 1000

= (0.313-0.31) x 60,05 x 100 / 1000

= 0,018015 gram

3.      x₃         = (C_awal-C_akhir) x Mr x V / 1000

= (0,1556-0,156) x 60,05 x 100 / 1000

= - 0,02402 gram

4.      x₄         = (C_awal-C_akhir) x Mr x V / 1000

= (0,102-0,0838) x 60,05 x 100 / 1000

= 0,109291 gram

5.      x₅         = (C_awal-C_akhir) x Mr x V / 1000

= (0.0404 -0.0516) x 60,05 x 100 / 1000

= - 0.067256 gram

6.      x₆         = (C_awal-C_akhir) x Mr x V / 1000

= (0.0316 -0,02996) x 60,05 x 100 / 1000

= 0,0098482 gram

Dari data yang diperoleh dilakukan perhitungan dan didapat hasil sebagai berikut :

Tabel 2. Data Hasil Perhitungan

M HCl			x (gram)			log C
Awal	Akhir	Yang Teradsorpsi
31,5	31,2	0,3	0,07026	0,07026	-1,1423	-0,5228
15,65	15,5	0,15	0,018015	0,018015	-1,7443	-0,8239
19,45	19,5	-0,05	-0,02402	-0,02402
25,5	20,95	4,55	0,109291	0,109291	-0,9614	0,6580
10,1	12,9	-2,8	-0,067256	-0,067256
8,15	7,49	0,66	0,009842	0,009842	-2,0066	-0,1804

 Dari data pengamatan dan hasil perhitungan, isoterm yang terjadi cenderung pada isoterm adsorpsi Freundlich. Konsentrasi asam klorida sebelum adsorpsi lebih tinggi daripada setelah adsorpsi. Hal ini karena asam klorida telah diadsorpsi oleh arang aktif. Dari data dapat 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 ini.

grafik 1. Grafik isoterm adsorpsi freundlich

Grafik di atas diperoleh dari perhitungan menggunakan persamaan Freundlich. 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.

Dari persamaan grafik tersebut jika dianalogikan dengan persamaan Freundlich akan didapat nilai k dan n. Persamaan isoterm adsorpsi freundlich dapat dituliskan sebagai berikut.

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

Sedangkan persamaaan grafik isoterm adsorpsi Freundlich adalah,

y = 0,400 x – 1,376

sehingga didapat nilai log k sama dengan -1,376 dan 1/n sama dengan 0,400. Nilai k tidak terdefinisi dan nilai n adalah 2,5.

Adsorpsi karbon membuat konsentrasi asam asetat mengalami penurunan. Pada data di atas penyerapan tiap percobaan terjadi ketidaksamaan antara data 1 sampai 6 dapat dilihat dari x gram (jumlah zat yang teradsorpsi) kurang stabil. Hal ini terjadi karena dalam adsorpsi terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi hasil adsorpsi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi yaitu : (1) sifat serapan, adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari struktur yang sama seperti dalam deret homolog; (2) suhu, faktor yang mempengaruhi suhu proses adsorpsi adalah viskositas dan stabilitas senyawa serapan; (3) pH, adsorpsi akan meningkat jika pH diturunkan dengan menambah asam-asam mineral; (4) waktu singgung, bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama. Ketidaksesuaian hasil percobaan ini dimungkinkan pula terjadi karena adanya kesalahan pada saat percobaan, sehingga hasil yang didapatkan tidak sesuai dengan teori yang ada.

Kesimpulan

Isoterm adsorpsi karbon aktif merupakan hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi (asam klorida) persatuan luas atau persatuan berat adsorben, dengan konsentrasi zat terlarut pada suhu tertentu. Isoterm yang terjadi pada percobaan ini adalah isoterm adsorpsi Freundlich. Dari data perhitungan diperoleh harga n = 2,5 sedang harga k tidak terdefinisi.

Daftar Pustaka

Castellan GW, 1982, Physichal Chemistry, Third Edition,  General Graphic Services, New            York.

Harjito, 2012, Panduan layout naskah dari manuskrip menggunakan Scribus bagi pemula, Chemistri in Education 5(2): 67-81.

Harjito, 2013, Panduan penulisan manuskrip., diunduh di www.facebook.com/groups/chemisfun/shshhsnshhhs.pdf pada tanggal 1 September 2013.

Kateren, 1987, Pengantar Tekhnologi Minyak dan Lemak Pangan , Edisi 1, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

Khopkar, S.M. 2008,  Konsep Dasar Kimia Analitik, penerbit UI Press, Jakarta.

Soedarsono dan Benny Syahputra (2005); Pengolahan Air Limbah Batik Dengan Proses Kombinasi Elektrokimia, Filtrasi, dan Adsorbsi. Prosiding Seminar Nasional Pengolahan Limbah : Prospek dan Tantangan Aplikasi. Akademi Kimia Industri (AKIN) Semarang, hal. 76

Wahyuni, Sri, 2011, Diktat petunjuk Praktikum Kimia Fisik, Penerbit Jurusan Kimia FMIPA UNNES, Semarang.