Adsorbsi Padat Cair dibaca : 1285 kali Pemodelan Dinamika Proses Adsorpsi Padat-Cair
Adsorpsi padat-cair merupakan salah satu proses pemisahan campuran yang melibatkan proses perpindahan massa zat terlarut darti fasa cair ke fasa padat. Proses adsorpsi padat- cair dapat dilakukan secara perkolasi, dimana pelarut yang mengandung zat terlarut mengalir secant konfinyu dan perlabor melewati padatan/adsorben yang membentuk suatu unggun tetap (fixed bed). Ketika pelarut yang mengandung zat terlarut tersebut kontak dengan adsorben, terjadi perpindahan mesa zat terlarut dari pelarut ke permukaan adsorben, sehingga konsentrasi zat terlarut di dalam cairan dan di dalam padatan akan berubah terhadap waktu dan posisinya dalam kolom adsorpsi. Kinerja proses adsorpsi padat-cair sangat bergantung pada dinamika yang terjadi di dalam kolom adsorpsi. Pada model kesetimbangan yang menggunakan karbon aktif dengan ukuran lebih kecil. Dapat diketahui bahwa pada proses adsorpsi tersebut terjadi kesetimbangan sesaat antara konsentrasi zat terlarut di fasa cair dengan di few padat di permukaan padatan pada setiap titik di kolom (difusi terjadi cepat sekali). Sedangkan dalam model non kesetimbangan dengan melibatkan difusi film, dinunjukan bahwa pada proses adsorpsi tersebut tidak terjadi kesetimbangan sesaat, tetapi perpindahan massa solut dari larutan ke padatan mengalami difusi di film permukaan karbon aktif sebelum mencapai kesetimbangannya. Kurva breakthrough akan makin landai dan nilai parameter K makin besar pada hasil proses adsorpsi dengan variasi laju volumetric umpan yang makin kecil dan variasi konsentrasi larutan umpan makin kecil serta pada percobaan yang menggunakan karbon aktif dengan ukuran lebih besar. Kekurangan Model Langmuir
Adsorpsi dengan model Langmuir sangat menimpang pada beberapa kasus karena model ini gagl untuk menghitung kekesatan dari permukaan adsorbat. Permukaan yang memiliki kekesatan yang berbeda mempunyai banyak jenis tempat untuk terjadinya adsorbsi dan beberapa parameter berubah-ubah dari satu tempat ke tempat lain, contoh pada panas yang diserap. Model Langmuir juga mengabaikan interaksi dari adsorbat. Melalui percobaan dapat diketahui bukti yang nyata bahwa terjadi interaksi antara adsorbat pada data percobaan panas yang diserap. Terdapat dua macam interaksi adsorbat, yaitu secara lan gsung atau tidak langsung. Interaksi secara langsung terjadi pada batas molekul yang diserap, sehingga dapat menyebabkan penyerapan dekat dengan adsorbat lain dapat berlangsung lebih cepat atau lambat. Pada interaksi langsung, adsorbat mengubah permukaan di sekitar tempat yang diserap, sehingga mempengaruhi penyerapan dari molekul adsorbate didekatnya.
http://www.acityawara.com/Detail-1362-adsorbsi-padat-cair.html
1. B. LATAR BELAKANG TEORI 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 ; 1. Adsorbsi fisik, yaitu berhubungan dengan gaya Van der Waals dan merupakan suatu proses bolak – balik apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dan adsorben lebih besar daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat yang terlarut akan diadsorbsi pada permukaan adsorben. 2. Adsorbsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorbsi. Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar. Kekuatan interaksi juga dipengaruhi oleh sifat keras-lemahnya dari adsorbat maupun adsorben. Sifat keras untuk kation dihubungkan dengan istilah polarizing power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu ikatan. Kation yang mempunyai polarizing power cation besar cenderung bersifat keras. Sifat polarizing power cation yang besar dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. Sebaliknya sifat polarizing power cation yang rendah dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran besar namun muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan ion lemah. Sedangkan pengertian keras untuk anion dihubungkan dengan istilah polarisabilitas anion yaitu, kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi akibat medan listrik dari kation. Anion bersifat keras adalah anion berukuran kecil, muatan besar dan elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lemah dimiliki oleh anion dengan ukuran besar, muatan kecil dan elektronegatifitas yang rendah. Ion logam keras berikatan kuat dengan anion keras dan ion logam lemah berikatan kuat dengan anion lemah (Atkins at al. ,1990). Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben merupakan proses berkesetimbangan, sebab laju peristiwa adsorpsi disertai dengan terjadinya desorpsi. Pada a wal reaksi, peristiwa adsorpsi lebih dominan dibandingkan dengan peristiwa desorpsi, sehingga adsorpsi berlangsung cepat. Pada waktu tertentu peristiwa adsorpsi cenderung berlangsung lambat, dan sebaliknya laju desorpsi cendrung meningkat. Waktu ketika laju adsorpsi adalah sama dengan laju desorpsi sering disebut sebagai keadaan berkesetimbangan. Pada keadaan kesetimbangan tidak teramati perubahan secara makroskopis. Waktu tercapainya keadaan setimbang pada proses adsorpsi adalah berbeda-beda, Hal ini dipengaruhi oleh jenis interaksi yang terjadi antara adsorben dengan adsorbat. Secara umum waktu tercapainya kesetimbangan adsorpsi melalui mekanisme
fisika (fisisorpsi) lebih cepat dibandingkan dengan melalui mekanisme kimia atau kemisorpsi (Castellans 1982). Suatu permukaan padatan yang bersentuhan dengan larutan akan menyebabkan molekul-molekul terlarut terserap/ adsorp pada permukaan padatan. Adsorbsi molekul digambarkan sebagai berikut : A + B
— >
A.B
Dimana : A = adsorbat B = adsorbent A.B = jumlah bahan yang terjerap Energi yang dihasilkan seperti ikatan hidrogen dan gaya Van Der Waals menyebabkan bahan yang teradsorp berkumpul pada permukaan penserap. Bila reaksi dibalik, molekul yang terjerap akan terus berkumpul pada permukaan karbon aktif sehingga jumlah zat diruas kanan reaksi sama dengan jumlah zat pada ruas kiri. Apabila kesetimbangan telah tercapai, m aka proses adsorpsi telah selesai. (Arifin, 2008) Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukan distribusi adsorbent antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengn fasa ruah saat kesetimbangan pada suhu tertentu. Dibawah ini adalah beberapa contoh isoterm yang biasa digunakan dalam adsorpsi :
log x/m
x/m
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA
a
Log C
Gambar 1. (a) kurva Freundlich; (b) kurva Langmuir
b
C
Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monola yer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situssitus aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut. Log (x/m) = log k + 1/n log c…………………………………………………………………. ..(1), sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 1.(a) Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu (a) adsorpsi han ya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer), (b) panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan (c) semua situs dan permukaannya bersifat homogen (Oscik J ,1994). Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan men ganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekul molekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut (Day, R. A. dan Underwood, A. L., 2002):.
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). 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. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada b esar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25- 1000% terhadap berat karbon aktif. Karena hal tersebut maka karbon aktif banyak digunakan oleh kalangan industri. Hampir 60% produksi karbon a ktif di dunia ini dimanfaatkan oleh industriindustri gula dan pembersihan minyak dan lemak, kimia dan farmasi. ( M.T. Sembiring, dkk, 2003) 2
Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m , sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.010.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut manjadi jenuh dan tidak aktif lagi. Oleh karena itu biasanya karbon aktif di kemas dalam kemasan yang kedap udara. Sampai tahap tertentu beberapa jenis karbon aktif dapat di reaktivasi kembali, meskipun demikian tidak jarang yang disarankan untuk sekali pakai. Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari metode aktivasi sebelumnya, oleh karena itu perlu diperhatikan keterangan pada kemasan produk tersebut. (Perpamsi, 2002).
http://ferrapramadewi.wordpress.com/2012/04/03/laporan-kimia-fisika-isoterm-adsorpsi-karbonaktif/
II. LATAR BELAKANG TEORI Adsorbsi 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 5.1. Perbedaan adsorpsi fisik dan kimia Adsorpsi Fisik Molekul terikat pada adsorben oleh gaya van der Waals Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai – 40 kJ/mol Dapat membentuk lapisan multilayer Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di bawah titik didih adsorbat Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan fungsi adsorbat
Adsorpsi Kimia Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan kimia Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai – 800 kJ/mol Membentuk lapisan monolayer Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi
Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan karakteristik adsorben dan 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 b eberapa faktor, yaitu :
a. Jenis adsorben Apabila adsorbennya bersifat polar, maka kompon en yang bersifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar. b.Jenis adsorbat c. Luas permukaan adsorben Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik penting karbon aktif sesuai dengan fungsinya sebagai adsorban. Ukuran partikel karbon mempengaruhi tingkat adsorbsi; tingkat adsorbsi naik dengan adanya penurunan ukuran partikel. Oleh karena itu adsorbsi menggunakan karbon PAC (Powdered Acivated Carbon) lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan karbon GAC (Granular Acivated Carbon). Kapasitas total adsorbsi karbon tergantung pada luas permukaannya. Ukuran partikel karbon tidak mempengaruhi luas permukaanya. Oleh sebab itu GAC atau PAC dengan berat yang sama memiliki kapasitas adsorbsi yang sama. d. Konsentrasi zat terlarut Senyawa terlarut memiliki gaya tarik-menarik yang kuat terhadap pelarutnya sehingga lebih sulit diadsorbsi dibandingkan senyawa tidak larut. e. Temperatur Tingkat adsorbsi naik diikuti dengan kenaikan temperatur dan turun diikuti dengan penurunan temperatur. (Atkins, 1990). Penentuan Adsorbsi Isoterm
Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai den gan mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm BET adalah dua diantara isoterm-isoterm adsorpsi yang dipelajari: a.IsothermLangmuir. 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 (mo nolayer), (2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan
(3) Semua situs dan permukaannya
Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan men ganggap 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 monola yer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situssitus 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 adsorbsi tertentu, hubungan antara ban yaknya zat yang teradsorpsi persatuan luas atau persatuan berat adsorben dengan konsentrasi yang teradsorpsi pada temperatur tertentu disebut dengan isoterm adsorbsi ini dinyatakan sebagai:
n
x/m = k. C ……………………………………………………………………………………………(1) dalam hal ini : x = jumlah zat teradsorbsi (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 adsorbsi menuruti isoterm Freundlich, maka aluran log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis dapat dievaluasi tetapan k dan n. (Tim Labor Kimia Fisika,2012). Dari persamaan tersebut, jika konsentrasi larutan dalam kesetimbangan dipl ot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan diperoleh gradien n dan intersept. 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 efisisensi dari suatu adsorben.
Arang Aktif
Arang 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 1). Susunan kisi-kisi heksagonal datar ini tampak seolah-olah seperti pelat-pelat datar yang saling be rtumpuk dengan sela-sela di antaranya.
Gambar 1 Struktur grafit karbon aktif Sebagian pori-pori yang terdapat dalam arang masih tertutup oleh hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Komponen arang ini meliputi karbon terikat, abu, air, nitrogen, d an sulfur
(Djatmiko et al . 1985 dalam Januar Ferry 2002). yang mempunyai luas permukaan dan jumlah pori sangat banyak (Baker 1997). Manes (1998) mengatakan bahwa karbon aktif adalah bentuk umum dari berbagai macam produk yang mengandung karbon yang telah diaktifkan untuk meningkatkan luas permukaannya. Karbon aktif berbentuk kristal mikro karbon grafit yang pori -porinya telah mengalami pengembangan kemampuan untuk mengadsorpsi gas dan uap d ari campuran gas dan zat-zat yang tidak larut atau yang terdispersi dalam cairan (Roy 1985). Luas permukaan, dimensi, dan distribusi karbon aktif bergantung pada bahan baku, pengarangan, dan proses aktivasi. Berdasarkan ukuran porinya, ukuran pori karbon aktif diklasifikasikan menjadi 3, yaitu mikropori (diameter <2 nm), mesopori (diameter 2 – 50 nm), dan makropori (diameter >50 nm) (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. Aktivasi adalah perubahan fisik berupa peningkatan luas permukaan karbon aktif dengan penghilangan hidrokarbon. Ada dua macam aktifasi, yaitu aktivasi fisika dan kimia. Aktivasi kimia dilakukan dengan merendam karbon dalam H3PO4, ZnCl2, NH4Cl, dan AlCl3 sedangkan aktivasi fisika menggunakan gas pengoksidasi seperti udara, uap air atau CO2. http://yulia4ict.wordpress.com/kimia/laporan-kimia-fisika/isoterm-adsorbsi-karbon-aktif-2/
