OPTIMISASI ADSORPSI ION PB(II

OPTIMISASI ADSORPSI ION Pb(II) MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM TERMODIFIKASI DITIZON

ZURIDA AGUSTININGTYAS

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

ABSTRAK ZURIDA AGUSTININGTYAS. Optimisasi Adsorpsi Ion Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi Ditizon. Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan SRI SUGIARTI. Timbal (Pb) merupakan salah satu logam berat pencemar lingkungan. Metode yang paling banyak digunakan untuk menghilangkan logam berat adalah adsorpsi menggunakan materi berpori seperti zeolit. Penelitian ini bertujuan meningkatkan kinerja zeolit melalui modifikasi dengan agen pengelat difeniltiokarbazon (ditizon) dalam mengurangi ion Pb(II) dari larutan. Pengaruh beberapa variabel, seperti pH, bobot adsorben, konsentrasi Pb(II), dan waktu kontak telah dikerjakan menggunakan metode tumpak. Bobot adsorben terbaik untuk zeolit modifikasi adalah 0.2 g. Kondisi terbaik untuk zeolit modifikasi diperoleh pada pH 6, konsentrasi Pb(II) 300 ppm, dan waktu kontak 60 menit. Untuk zeolit tanpa modifikasi, kondisi terbaik diperoleh pada pH 4, konsentrasi Pb(II) 250 ppm, dan waktu kontak 60 menit. Kapasitas adsorpsi zeolit modifikasi lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa modifikasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perilaku adsorpsi Pb(II) pada kedua adsorben memenuhi model Langmuir. Energi bebas rata-rata adsorpsi dari persamaan isotermal Dubinin-Radushkevich menunjukkan proses adsorpsi fisisorpsi. Kata kunci: adsorpsi, ditizon, Pb(II), zeolit alam.

ABSTRACT ZURIDA AGUSTININGTYAS. Optimization of Ion Pb(II) Adsorption Using Modified Natural Zeolite by Dithizone. Supervised by ETI ROHAETI and SRI SUGIARTI. Lead (Pb) is one of heavy metals pollutants in the environment. Adsorption appears to be the most widely used for removal of the heavy metals. The aim of this research is to improve the performance of zeolite by modification using chelating agent diphenyltiocarbazone (dithizone) to remove Pb(II) from aqueous solution. The effect of various variables, such as, pH, amount of adsorbent, concentration of Pb, and contact time was investigated using batch process. The best mass of adsorbent for modified zeolite was 0.2 g. The best conditions for modified zeolite was obtained at pH 6, concentration of Pb(II) 300 ppm, and contact time 60 minutes. Meanwhile, the best performance of the unmodified zeolite was at pH 4, concentration of Pb 250 ppm, and contact time 60 minutes. The modified zeolite showed higher adsorption capacity than that of the unmodified material. The results revealed that the adsorption behavior of Pb(II) on the both adsorbent fitted well with the Langmuir model. In addition, the mean adsorption energy from the Dubinin-Radushkevich isotherm indicated that the adsorption process was physisorption. Keywords: adsorption, dithizone, natural zeolite, Pb(II).

OPTIMISASI ADSORPSI ION Pb(II) MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM TERMODIFIKASI DITIZON

ZURIDA AGUSTININGTYAS

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

Judul Skripsi: Optimisasi Adsorpsi Ion Pb(II) Menggunakan Zeolit Alam Termodifikasi Ditizon Nama : Zurida Agustiningtyas NIM : G44070005

Disetujui

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Dr Eti Rohaeti, MS NIP 19600807 198703 2 001

Sri Sugiarti, PhD NIP 19701225 199512 2 001

Diketahui Ketua Departemen Kimia,

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 1976032 002

Tanggal lulus:

PRAKATA Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April sampai Desember 2011 yang bertempat di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr Eti Rohaeti, MS dan Ibu Sri Sugiarti, PhD selaku pembimbing atas petunjuk dan bimbingan yang telah diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih kepada Bapak Eman beserta seluruh staf Laboratorium Kimia Analitik dan Bapak Wawan yang telah membantu penulis dalam pemakaian alat dan bahan di Laboratorium. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, adik-adik (Lailly dan Irfan) dan seluruh keluarga atas dukungan dan kasih sayangnya. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada teman satu bimbingan (Nia, Ichsan, Pita) yang telah memberikan semangat, motivasi dan dorongan dalam menyusun karya ilmiah ini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat.

Februari 2012

Zurida Agustiningtyas

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jepara pada tanggal 25 Agustus 1989 dari ayah Maskuri dan ibu Siti Zubaidah. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2001 penulis menyelesaikan sekolah di SD Kalipucang Wetan 1 Jepara dan pada tahun 2004 penulis menyelesaikan sekolah di SMP 1 Kudus. Tahun 2007 penulis lulus dari SMA 1 Kudus dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar Tingkat Persiapan Bersama pada tahun 2009-2011, Kimia Analitik layanan pada tahun ajaran 2009-2010, Kimia Biologi pada tahun 2010 dan 2011, Kimia Lingkungan pada tahun 2010, Elektroanalitik dan Teknik Pemisahan pada tahun 2010, Kimia Analitik II serta Spektrofotometer dan Aplikasi Kemometrik tahun 2011. Penulis juga pernah mengikuti kegiatan Praktik Lapangan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan bulan Juli sampai Agustus 2010. Selain itu, penulis juga aktif dalam organisasi mahasiswa daerah Kudus (KKB-MK) tahun 2007-2010, Koperasi Mahasiswa (KOPMA) pada tahun 2007-2008 dan Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) pada tahun 2009-2010. Penulis juga pernah menjadi tenaga pengajar di Bimbingan Belajar Avogadro khusus Mata Kuliah Kimia pada tahun 2009-2010.

DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... ix PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA Zeolit ....................................................................................................... 1 Ditizon ..................................................................................................... 2 Logam Pb................................................................................................. 3 Spektrofotometer Serapan Atom............................................................... 3 Adsorpsi................................................................................................... 3 Isoterm Adsorpsi ...................................................................................... 4 Model Termodinamika ............................................................................. 4 METODE Alat dan Bahan......................................................................................... 5 Lingkup Kerja .......................................................................................... 5 HASIL DAN PEMBAHASAN Kapasitas Tukar Kation ............................................................................ 7 Pencirian Zeolit ........................................................................................ 7 Penentuan Jumlah Ditizon pada Permukaan Zeolit ................................... 9 Pengaruh pH terhadap Adsorpsi Pb(II) ..................................................... 9 Pengaruh Bobot Adsorben terhadap Adsorpsi Pb(II)............................... 11 Pengaruh Waktu Kontak terhadap Adsorpsi Pb(II) ................................. 11 Pengaruh Konsentrasi Awal Larutan terhadap Adsorpsi Pb(II) ............... 12 Isoterm Adsorpsi .................................................................................... 13 Termodinamika ...................................................................................... 13 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ................................................................................................ 14 Saran ...................................................................................................... 14 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 14 LAMPIRAN ...................................................................................................... 17

DAFTAR TABEL Halaman 1

Perbandingan hasil pengukuran KTK ........................................................... 7

2

Nilai koefisien korelasi isoterm adsorpsi ion Pb(II) ..................................... 13

3

Parameter termodinamika penjerapan ion Pb(II) .......................................... 14

DAFTAR GAMBAR Halaman 1

Tetrahedral alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit (Las 2005) ........... 2

2

Unit bangun sekunder struktur zeolit: Single-4-Ring (S4R), Double-4-Ring (D4R), dan Complex 4-1 (T5O10) (Las 2005) ................................................ 2

3

Struktur ditizon ............................................................................................ 2

4

Difraktogram sinar X pada zeolit alam asal Lampung sebelum diaktivasi ..... 8

5

Difraktogram sinar X pada zeolit alam asal Lampung setelah diaktivasi ....... 8

6

Spektra FTIR zeolit alam setelah aktivasi dan modifikasi ditizon ................. 8

7

Pengaruh pH terhadap kapasitas adsopsi Pb(II) ............................................. 9

8

Pengaruh pH terhadap % adsopsi Pb(II) ...................................................... 10

9

Reaksi pembentukan kompleks Pb-ditizon dalam suasana basa ................... 10

10 Pengaruh bobot adsorben terhadap adsorpsi Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon.......................................................................................................... 11 11 Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II) ........................... 11 12 Pengaruh waktu kontak terhadap % adsorpsi Pb(II) ..................................... 11 13 Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) terhadap % adsorpsi ............................ 12 14 Hubungan antara konsentrasi kesetimbangan (Ce) dengan kapasitas adsorpsi ....................................................................................................... 12 15 Hubungan antara ln KL dengan 1/T ............................................................. 13

DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1

Diagram alir penelitian ................................................................................ 18

2

Hasil analisis XRD zeolit alam asal Lampung ............................................. 19

3

Data JCPDS heulandit-Sr ............................................................................ 20

4

Hasil FTIR zeolit sebelum aktivasi .............................................................. 20

5

Hasil FTIR zeolit setelah aktivasi ................................................................ 21

6

Hasil FTIR zeolit setelah dimodifikasi ditizon ............................................. 21

7

Hasil FTIR ditizon ...................................................................................... 22

8

Penentuan jumlah ditizon yang teradsorpsi pada zeolit melalui metode desorpsi termal ............................................................................................ 23

9

Penentuan jumlah ditizon yang teradsorpsi pada zeolit melalui analisis nitrogen total metode Kjeldahl .................................................................... 24

10 Preparasi larutan stok Pb2+ 1000 ppm .......................................................... 25 11 Tabel absorbans larutan standar Pb2+ ........................................................... 25 12 Pengaruh pH terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi ......... 26 13 Pengaruh pH terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon ....... 27 14 Pengaruh bobot adsorben terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon ......................................................................................................... 28 15 Pengaruh waktu kontak terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi ................................................................................................... 29 16 Pengaruh waktu kontak terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon ......................................................................................................... 30 17 Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) terhadap adsorpsi oleh zeolit tanpa modifikasi pada suhu ruang ......................................................................... 31 18 Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) terhadap adsorpsi oleh zeolit modifikasi ditizon pada suhu ruang ............................................................. 33 19 Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) pada suhu 30, 40, 50 ºC ....................... 35 20 Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu ruang .............................. 38 21 Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 30 ºC .............................. 40 22 Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 40 ºC .............................. 42

23 Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 50 ºC .............................. 44 24 Nilai parameter dan koefisien korelasi berbagai model isoterm ................... 46 25 Parameter termodinamika adsorpsi Pb(II).................................................... 47

x

1

PENDAHULUAN Aktivitas industri banyak menimbulkan masalah pencemaran lingkungan, terutama pencemaran perairan. Berbagai konsentrasi ion logam berat yang terlarut dalam limbah industri dapat merusak lingkungan dan menyebabkan gangguan kesehatan. Logam berat yang sering ditemukan dalam limbah industri, diantaranya Pb(II), Cu(II), Fe(II), dan Cr(III) (Inglezakis et al. 2007). Logam Pb merupakan salah satu logam berat yang dapat terakumulasi pada organ dalam manusia dan hewan, bersifat toksik, serta mengakibatkan berbagai penyakit serius. Kadar maksimum Pb dalam perairan yang dianjurkan WHO kurang dari 0.01 ppm (Ensafi dan Shiraz 2008), sedangkan menurut SNI 01-3553-2006, kadar maksimum kandungan Pb yang diperbolehkan dalam air minum kemasan adalah 0.005 ppm. Oleh karena itu, upaya menurunkan konsentrasi logam tersebut di lingkungan merupakan salah satu usaha yang sangat penting dilakukan saat ini. Metode konvensional yang sering digunakan untuk menurunkan konsentrasi logam berat dalam perairan, diantaranya ekstraksi pelarut, presipitasi, dan penukar ion. Ekstraksi pelarut sangat berguna dalam pemisahan analat, namun tidak efisien pada konsentrasi ion logam renik karena membutuhkan banyak pelarut organik (Ferreira et al. 2007). Ekstraksi fase padat atau Solid Phase Extraction (SPE) merupakan salah satu teknik pemisahan dan prekonsentrasi ion logam yang lebih efisien dan dapat mengatasi kelemahan ekstraksi pelarut (Anthemidis et al. 2002). Metode ini mempunyai ketepatan dan selektivitas yang tinggi, biaya yang murah, pemisahan fase cepat, dan membutuhkan pelarut organik yang lebih sedikit (Jing et al. 2007). SPE menggunakan bahan padat seperti silika gel, karbon aktif, selulosa, resin polimer penjerap, dan zeolit sebagai adsorben. Zeolit telah dimanfaatkan secara luas sebagai adsorben karena kemampuannya memisahkan spesi-spesi sasaran melalui prinsip pertukaran ion (Erdem et al. 2004). Zeolit ada dua macam, yaitu zeolit alam dan sintetik. Meskipun ketersediaannya sangat melimpah, kristalinitas zeolit alam tidak terlalu tinggi, ukuran pori tidak seragam, aktivitas katalitik rendah, dan mengandung banyak pengotor. Oleh karena itu, zeolit perlu diaktivasi dan dimodifikasi sebelum digunakan sebagai penjerap logam berat

(Shaobin dan Yuelian 2010). Zeolit sebagai materi pendukung seringkali dimodifikasi dengan berbagai macam ligan untuk meningkatkan kapasitas retensi dan selektivitasnya. Difeniltiokarbazon (ditizon) merupakan salah satu agen pengelat yang menunjukkan sensitivitas dan selektivitas yang baik terhadap ion Pb2+ dalam suasana basa (Rajesh dan Manikandan 2008). Ditizon merupakan agen pengkelat penting dan efisien untuk mengekstrak unsur logam dalam jumlah kecil. Penggunaan ditizon sebagai agen pengelat pada berbagai materi padat dalam SPE telah dilaporkan. Mahmoud et al. (2010), menggunakan alumina yang dikembangkan dengan adsorpsi permukaan ditizon untuk menjerap ion logam Pb dan ion logam yang lain. Adsorpsi ion logam Pb menggunakan agen pengkelat ditizon juga telah dilakukan oleh Putra dan Mahmudah (2010) dengan adsorben Amberlite XAD-16, sedangkan Yu et al. (2011) menggunakan silika gel yang dimodifikasi dengan ditizon untuk online prakonsentrasi ion logam Co. Penelitian ini bertujuan memodifikasi zeolit alam asal Lampung dengan ditizon, menentukan jumlah ditizon yang terjerap pada zeolit, melakukan karakterisasi zeolit, menentukan kondisi optimum penjerapan Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi dan termodifikasi ditizon (metode tumpak), dan menentukan isoterm adsorpsi beserta termodinamikanya.

TINJAUAN PUSTAKA Zeolit Zeolit merupakan suatu alumino silikat terhidrat yang mempunyai struktur kerangka tiga dimensi terbuka, yang dibangun oleh tetrahedral-tetrahedral SiO44- dan AlO45dengan atom O sebagai penghubung antara atom Si dan atom Al membentuk ronggarongga dan saluran-saluran yang teratur yang ditempati oleh molekul-molekul air dan kation. Kation pada rongga zeolit dapat bergerak bebas sehingga memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit (Shaobin dan Yuelian 2010). Berdasarkan asalnya, zeolit dibedakan menjadi dua, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit alam terbentuk selama ribuan tahun dalam bentuk sedimen yang terjadi karena pencampuran debu vulkanis dengan air hujan, air tanah, atau air laut (Erdem et al. 2004).

2

Rumus umum penyusun zeolit adalah (Mx+, My2+) (Al(x+2y) Sin-(x+2y) O2n)· m H2O dengan M+ dan M2+ melambangkan kation monovalen dan divalen. Kation yang terdapat dalam kurung pertama adalah kation yang dapat tukar, sedangkan kation yang terdapat pada kurung kedua adalah kation stuktural karena bersama dengan atom O menyusun zeolit, m merupakan jumlah air hidrat yang terkandung dalam zeolit. Unit-unit pembentuk struktur mineral zeolit secara garis besar digolongkan dalam dua bagian utama, yaitu: (a) unit pembangun primer, SiO44- dan AlO45-, yang berbentuk tetrahedral, dan (b) unit pembangun sekunder, gabungan dari pembentuk primer yang dapat membentuk cincin. Beberapa cincin akan bergabung membentuk bangun polihedral seperti Gambar 1 dan 2. Struktur zeolit membentuk rongga antar ion-ion yang terikat satu dengan yang lainnya. Rongga ini juga terisi oleh molekul air. Jika molekul air dihidrasi, maka rongga dapat terisi oleh molekul yang ukurannya lebih kecil dari rongga tersebut, peristiwa ini disebut adsorpsi.

Gambar 1

Tetrahedral alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit (Las 2005).

Saat ini, zeolit alam dipelajari secara intensif dan telah dimanfaatkan secara luas sebagai adsorben karena kemampuannya memisahkan spesi-spesi sasaran melalui prinsip pertukaran ion (Erdem et al. 2004). Alasan utama digunakannya zeolit sebagai adsorben dalam pengendalian cemaran dan pemulihan logam adalah harganya yang murah dan ketersediaannya yang melimpah di permukaan bumi (Medvidovic et al. 2006). Akan tetapi, umumnya zeolit alam masih banyak tercampur dengan materi pengotor. Oleh karena itu, zeolit alam perlu diaktivasi dan dimodifikasi sebelum digunakan sebagai pengemban logam aktif. Ditizon Difeniltiokarbazon (ditizon) merupakan reagen yang sudah dikenal dan masih digunakan sebagai agen kromogenik untuk penentuan logam berat dengan ekstraksi klasik analit dalam medium pelarut organik (Nezio et al. 2005). Ditizon merupakan padatan hitam-lembayung yang tidak larut dalam air, larut dalam larutan amonia serta larut dalam kloroform dan karbon tetraklorida menghasilkan larutan hijau. Reagen ini baik untuk penentuan logam dalam jumlah kecil (Rajesh et al. 2003). Ditizon mempunyai dua atom hidrogen aktif yang dapat disubstitusi dengan kation. Selain itu, ditizon juga merupakan molekul yang memiliki atom donor elektron, yaitu sulfur dan nitrogen yang dapat bereaksi dengan kation seperti Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Pt, Au, Hg, Ti, Pb, Bi, Se, Te, dan Po. (Costa et al. 2002). Struktur ditizon dapat dilihat pada Gambar 2. SH

H N

N N

Gambar 3 Gambar 2

Unit bangun sekunder struktur zeolit: Single-4-Ring (S4R), Double-4-Ring (D4R), dan Complex 4-1 (T5O10) (Las 2005).

Zeolit telah banyak dimanfaatkan dalam proses pengolahan limbah. Struktur zeolit yang berongga dan sifatnya yang kaya akan kation dapat tukar mampu menyaring serta menjerap semua kation dan anion yang tidak diinginkan keberadaannya dalam suatu cairan.

N

Struktur ditizon (Nezio et al. 2005).

Ditizon dikenal sebagai salah satu zat pengkelat yang menunjukkan sensitivitas dan selektivitas yang baik terhadap ion Pb2+ dalam suasana basa (Rajesh & Manikandan 2008). Menurut Lang et al. (2008), pH optimum untuk pengompleksan ion Pb2+ dengan ditizon menggunakan metode ekstraksi pelarut adalah 9.5. Pada suasana asam, terjadi kompetisi antara ion Pb2+ dengan H+ untuk berikatan dengan ditizon. Jika H+ berikatan dengan ditizon maka akan terbentuk asam ditizonat

3

sedangkan bila Pb2+ berikatan dengan ditizon akan terbentuk kompleks Pb2+−ditizon yang tidak stabil. Dalam suasana basa, ion OHakan berikatan dengan salah satu ion H+ pada ditizon sehingga membentuk anion ditizonat. Bentuk anion ini akan membentuk kompleks yang stabil dengan Pb2+. Logam Pb Timbal atau plumbum adalah logam berwarna kehitaman dengan nomor atom 82 dan nomor massa 207.2 g/mol. Timbal mempunyai titik leleh 327.5 ºC dengan berat jenis 11.4 g/cm3. Menurut Mahmoud et al. (2010), pencemaran timbal dapat berasal dari kegiatan industri yang berhubungan dengan pembuatan baterai, cat, minyak, elektronik, pembakaran bahan bakar motor, dan emisi mobil. Timbal merupakan salah satu jenis logam berat yang diketahui beracun bagi makhluk hidup termasuk manusia. Timbal dapat masuk ke dalam tubuh manusia melalui pernapasan, makanan dan air yang terkontaminasi oleh logam timbal, serta absorpsi melalui kulit (Supriharyono 2000). Akumulasi logam ini di dalam tubuh dapat mengakibatkan keracunan kronis. Keracunan Pb dapat mengakibatkan anemia, kerusakan otak dan fungsi ginjal, serta hematologi yang serius. Timbal secara alami terdapat dalam perairan dengan kadar 0.002−0.01 ppm. Kadar maksimum timbal pada perairan yang dianjurkan WHO adalah kurang dari 0.01 ppm (Ensafi dan Shiraz 2008). Menurut SNI 013553-2006, kadar maksimum timbal dalam air minum adalah 0.005 ppm. Spektrofotometer Serapan Atom Spektroskopi Serapan Atom (SSA) adalah suatu teknik analisis yang umumnya digunakan untuk penentuan unsur-unsur logam dan metaloid yang berdasarkan pada absorpsi radiasi oleh atom bebas unsur logam tersebut. Teknik SSA berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Cahaya yang diserap mempunyai cukup energi untuk menyebabkan atom mengalami transisi elektronik dari tingkat dasar ke tingkat transisi elektronik dari tingkat dasar ke tingkat tereksitasi. Tingkat energi elektronik suatu unsur bersifat spesifik, sehingga energi yang diserap untuk menimbulkan transisi juga bersifat khas (Skoog et al. 2007).

Teknik SSA digunakan untuk penentuan logam berat karena memiliki tingkat akurasi, presisi, sensitivitas dan selektivitas yang baik, serta harga operasi yang murah (Skoog et al. 2007). Logam Pb dipilih dari daftar logam berat untuk diuji karena logam tersebut biasa ditemukan dalam limbah B3. Menurut SNI 6989.8:2009, penentuan logam timbal pada air limbah menggunakan spektrofotometer serapan atom pada kisaran kadar Pb 1.0 mg/L−20.0 mg/L. Panjang gelombang yang digunakan untuk mendeteksi logam timbal adalah 283.3 nm dan 217 nm dengan koreksi background. Adsorpsi Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi (Diantariani et al. 2008). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat pada permukaan adsorben. Zat yang teradsorpsi merupakan fase teradsorpsi (adsorbat) dan zat yang mengadsorpsi disebut adsorben. Adsorben pada umumnya adalah zat padat yang berongga, seperti zeolit. Pada umumnya, untuk dapat mengadsorpsi, zeolit harus didehidrasi dulu dengan aktivasi, baik secara fisik maupun kimia. Terdapat dua metode adsorpsi, yaitu tumpak (batch) dan lapik tetap (fixed bed). Pada metode tumpak larutan contoh dicampur dan dikocok dengan bahan penjerap sampai tercapai kesetimbangan. Jerapan fase padat ini mencapai kesetimbangan saat adsorben telah jenuh oleh adsorbat. Zat yang tidak teradsorpsi selanjutnya dipisahkan dari campuran dengan penyaringan. Setelah kesetimbangan tercapai, dilakukan pengukuran konsentrasi zat sisa pada filtrat untuk penetapan kondisi kesetimbangan. Metode lapik tetap merupakan metode adsorpsi dengan menempatkan adsorben dalam kolom sebagai lapik dan adsorbat dialirkan ke dalam kolom tersebut sebagai influen. Larutan yang keluar dari kolom merupakan sisa larutan yang tidak teradsorpsi yang disebut efluen. Influen dialirkan ke lapik hingga padatan lapik tersebut mendekati jenuh dan pemisahan yang diinginkan tidak dapat diperoleh lagi. Aliran tersebut kemudian dialirkan ke lapik berikutnya hingga adsorpsi jenuh dapat digantikan atau diregenerasi.

4

Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi adsorbat yang teradsorpsi pada permukaan padatan dengan konsentrasi adsorbat yang tetap berada dalam larutan. Kesetimbangan terjadi saat laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya. Terdapat beberapa isoterm yang dikembangkan untuk menggambarkan interaksi antara adsorben dengan adsorbat. Tipe isoterm yang biasa digunakan untuk menggambarkan fenomena adsorpsi padat-cair adalah tipe isoterm Langmuir dan Freundlich. Isoterm Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi , yaitu (a) adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer), (b) panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, (c) semua bagian dan permukaannya bersifat homogen, dan (d) sejumlah tertentu tapak aktif adsorben yang membentuk ikatan kovalen atau ion (Payne dan Abdel-Fattah 2004). Persamaan isoterm Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut: 1 Ce Ce = + Qe KL Qm Qm Nilai Ce (mg/L), Qe (mg/L), dan Qm (mg/g) merupakan konsentrasi kesetimbangan Pb(II), kapasitas adsorpsi saat kesetimbangan, dan kapasitas adsorpsi maksimum persamaan Langmuir. Persamaan isoterm Freundlich didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu (a) terbentuknya beberapa lapisan (multilayer) dari molekulmolekul adsorbat pada permukaan adsorben, (b) bagian tapak aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen, dan (c) hanya melibatkan gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben. Persamaan isoterm Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut: 1 log Ce n Nilai Ce (mg/L), Qe (mg/L), dan KF (mg/g) merupakan konsentrasi kesetimbangan Pb(II), kapasitas adsorpsi saat kesetimbangan, dan kapasitas adsorpsi maksimum persamaan Freundlich. Postulat Dubinin-Radushkevich mengenai teori pengisian volume mikropori biasa digunakan untuk adsorpsi dari fase gas. Teori Dubinin-Radushkevich diterapkan pada data adsorpsi untuk mengetahui mekanisme adsorpsi. Teori ini juga memberikan beberapa log Qe = log KF +

parameter seperti kapasitas dan energi adsorpsi. Persamaan Dubinin-Radushkevich dapat dituliskan sebagai berikut: ln Qe = ln QDR + K Nilai Qe (mg/g) merupakan kapasitas adsorpsi saat kesetimbangan dan QDR (mg/g) merupakan kapasitas adsorpsi maksimum persamaan Dubinin-Radushkevich. Pada Persamaan Dubinin-Radushkevich, nilai ε merupakan potensial Polanyi yang dapat ditentukan dalam persamaan 1 ) Ce di mana R merupakan konstanta gas ideal (8.3143 J/K.mol) dan T merupakan suhu kontak. Energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea) (kJ/mol) dapat ditentukan berdasarkan Persamaan Dubinin-Radushkevich dengan menyubstitusi nilai konstanta DubininRadushkevich, K (kJ2/mol2), dari plot ln Qe terhadap ε2. ε = RT ln (1 +

Ea= (-2 K)-0.5 Berdasarkan nilai Ea yang diperoleh, ada dua asumsi terhadap jenis adsorpsi. Jika Ea kurang dari 8.00 kJ/mol maka proses adsorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi fisika. Jika nilai Ea yang didapat lebih dari 8.00 kJ/mol maka proses adsorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi kimia (Chen dan Chen 2009). Model Termodinamika Parameter yang terkait dengan proses adsorpsi dapat diprediksi melalui hubungan antara konstanta kesetimbangan adsorpsi Langmuir (KL) dengan suhu. Berdasarkan persamaan Van’t Hoff, perubahan energi Gibbs standar (ΔGº), entalpi standar (ΔHº) and entropi (ΔSº) dapat dihitung. Parameter termodinamika dapat dinyatakan melalui persaman berikut ini: ΔS0 ΔH0 R RT Melalui plot antara ln KL dengan 1/T, maka akan diperoleh slop dan intersep sebagai nilai ΔH⁰ dan ΔS⁰. Nilai-nilai ini digunakan untuk menghitung ΔG⁰ dari persamaan Gibbs, ΔG⁰ = ΔH⁰ - T ΔS⁰ pada suhu tetap. Parameter termodinamika diperoleh dengan asumsi entalpi tidak dipengaruhi oleh suhu (Chen dan Chen 2009). ln KL =

5

METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan pada penelitian adalah alat-alat kaca, lempeng pemanas, tanur, oven, alat kocok, pH-meter, spektrofotometer serapan atom (SSA), alat difraksi sinar-X (XRD), dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Bahan-bahan yang digunakan adalah zeolit alam asal Lampung, akuades, air deionisasi, difeniltiokarbazon (ditizon), larutan Pb(NO3)2, larutan HCl 0.02 M, larutan NaCl 1 M, larutan NaOH 0.1 M, dan larutan HNO3 0.1 M, etanol 96%, dan dietil eter. Lingkup Kerja Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap, meliputi praperlakuan zeolit, aktivasi zeolit, memodifikasi zeolit dengan ditizon, menentukan jumlah ditizon yang terjerap pada zeolit, karakterisasi zeolit, penentuan kondisi optimum penjerapan ion logam Pb(II) menggunakan zeolit tanpa modifikasi dan termodifikasi ditizon (metode tumpak), dan menentukan isoterm adsorpsi beserta termodinamikanya (Lampiran 1). Preparasi Zeolit Zeolit alam asal Lampung dicuci dengan akuades, dikeringudarakan, kemudian digerus dan diayak sehingga diperoleh zeolit dengan ukuran butir lolos ayakan 60 mesh. Zeolit kemudian dipanaskan dalam oven bersuhu 300 ºC selama 3 jam (Suwardi 2000). Aktivasi Zeolit Sebanyak 100 g zeolit siap pakai dicampurkan ke dalam 1 L larutan HCl 0.02 M. Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik 250 rpm, selama 24 jam. Kemudian, zeolit dicuci dengan air deionisasi sampai bebas ion klorida. Setelah itu, zeolit direndam dengan 1 L larutan NaCl 1 M. Campuran diaduk dengan kecepatan 250 rpm, selama 24 jam. Zeolit dicuci dengan air deionisasi hingga bebas ion klorida dan dikeringkan selama 2 jam dalam oven pada suhu 120 ºC (Buasri et al. 2008). Sintesis Zeolit yang Termodifikasi dengan Ditizon Difeniltiokarbazon (ditizon) sebanyak 2.56 g (~10.0 mmol), sebagai modifier

organik ditimbang dan dimasukkan ke dalam 500 mL labu bulat dan dilarutkan sempurna dalam 400 mL etanol 96% dengan pemanasan pada 50 °C. Sebanyak 10.0±0.1 g zeolit alam ditambahkan dan direaksikan dengan campuran pada suhu tersebut selama 6 jam. Fase zeolit yang telah dimodifikasi disaring dan dicuci menggunakan 50 mL etanol sebanyak 3 kali ulangan kemudian dicuci dengan 50 mL dietil eter. Setelah itu, adsorben zeolit termodifikasi dikeringudarakan semalam (Mahmoud et al. 2010). Penentuan Jumlah Teradsorpsi pada Zeolit

Ditizon

yang

Penentuan ditizon yang teradsorpsi di permukaan zeolit didasarkan pada metode desorpsi termal. Sebanyak 500 mg zeolit kering ditimbang sebelum dimodifikasi. Sebanyak 500±1 mg adsorben zeolit yang termodifikasi ditimbang dan dibakar pada suhu 550 °C dalam tanur. Suhu awal diatur 50 °C dan dinaikkan secara bertahap sampai suhu 550 °C dalam waktu 20 menit. Suhu akhir dipertahankan selama 1 jam, kemudian suhu dalam tanur diturunkan sampai 70 °C. Sampel didinginkan dalam desikator sampai suhu mencapai suhu kamar. Banyaknya ditizon yang menempel pada permukaan zeolit diperoleh dengan membandingkan bobot yang hilang dari zeolit sebelum dan sesudah modifikasi (Mahmoud et al. 2010). Penentuan Nitrogen Total pada Zeolit Modifikasi Ditizon dengan Metode Kjeldahl Destruksi sampel. Sebanyak 0.2 g zeolit termodifikasi ditizon dimasukkan dalam labu distilasi. Kemudian, ditambahkan 1.9 g katalis selenium (campuran Se, CuSO4, dan Na2SO4), 5 mL H2SO4 pekat, dan 5 tetes parafin ke dalam labu distilasi secara berturut-turut. Setelah itu, labu digoyangkan dan dipanaskan selama 1 jam hingga diperoleh cairan berwarna hijau terang. Distilasi sampel. Sebanyak 50 mL air distilasi dan 20 mL larutan NaOH 50% ditambahkan dalam labu distilasi yang berisi sampel yang telah didestruksi. Sebanyak 10 mL H2BO4 4% dan 5 tetes indikator Conway diisikan ke dalam Erlenmeyer 125 mL yang akan menampung distilat. Setelah itu, labu didistilasi hingga diperoleh sekitar 50 mL cairan di Erlenmeyer. Standardisasi HCl. Sebanyak 10 mL larutan baku primer Na2B4O7·10H2O (boraks)

6

0.1000 N dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditambahkan 3 tetes indikator merah metil. Kemudian larutan boraks dititrasi dengan HCl 0.1 N. Titik akhir tercapai saat warna larutan berubah dari kuning menjadi merah. Titrasi dilakukan triplo. Titrasi sampel. Sebanyak 50 mL filtrat hasil distilasi dititrasi dengan larutan HCl 0.1000 N yang telah distandardisasi. Titik akhir tercapai saat warna larutan berubah menjadi merah. Titrasi dilakukan simplo. Penentuan Kapasitas Tukar Kation Sebanyak 2.5 g zeolit dimasukkan ke dalam tabung perkolasi yang telah dilapisi berturut-turut dengan kertas saring dan pasir terlebih dahulu dengan susunan bagian bawah adalah kertas saring untuk menutup lubang dasar tabung dan di atasnya 2.5 g pasir, bagian tengah diisi dengan 2.5 g zeolit yang telah dicampur dengan sedikit pasir, dan bagian atas ditutup dengan 2.5 g pasir. Ketebalan setiap lapisan pada sekeliling tabung diupayakan sama. Selanjutnya, diperkolasi dengan ammonium asetat pH 7 sebanyak 2 × 25 mL dengan selang waktu 30 menit. Setelah itu, tabung perkolasi yang masih berisi contoh diperkolasi dengan 100 mL etanol 96% untuk menghilangkan kelebihan ammonium. Sisa etanol dalam tabung perkolasi dibuang. Setelah itu, zeolit diperkolasi dengan NaCl 10% sebanyak 50 mL. Filtrat ditampung dalam labu takar 50 mL dan dihimpitkan dengan larutan NaCl 10%. Filtrat diambil sebanyak 0.1 mL dan dimasukkan dalam tabung reaksi. Kemudian, 2 mL larutan kalium natrium tartrat, 2 mL larutan fenol, dan 2 mL hipoklorit ditambahkan secara berurutan. Campuran didiamkan selama 15 menit, sampai warna hijau yang terbentuk stabil, kemudian dikocok hingga homogen. Larutan diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 636 nm (Balai Penelitian Tanah 2005). Penentuan pH Optimum Penjerapan Pb(II) Sebanyak 25 mL larutan Pb(II) 50 ppm dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 100 mL. Kemudian, larutan diatur pH−nya (2, 4, 6, 8, 10) dengan menambahkan NaOH 0.1 N atau HNO3 0.1 M tetes demi tetes. Setelah pH tercapai, sebanyak 0.2 g zeolit dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditutup. Larutan dikocok menggunakan alat kocok selama 60 menit, lalu disaring. Filtrat dan larutan awal diukur menggunakan spektrometer serapan atom (Buasri et al. 2008).

Penentuan Bobot Adsorben Optimum Sebanyak 25 mL larutan Pb(II) 50 ppm yang telah diatur pada pH 6 dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 100 mL. Setelah itu, sebanyak 0.05; 0.1; 0.2; 0.3; dan 0.5 g zeolit modifikasi ditizon dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditutup. Kemudian larutan dikocok menggunakan alat kocok selama 60 menit, lalu disaring. Filtrat dan larutan awal logam diukur menggunakan spektrometer serapan atom (Buasri et al. 2008). Penentuan Waktu Kontak Optimum Sebanyak 25 mL larutan Pb(II) 50 ppm yang telah diatur pada pH optimum dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 100 mL. Setelah itu, sebanyak 0.2 g zeolit dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditutup. Kemudian larutan dikocok menggunakan alat kocok selama 15, 30, 60, 90, 120 menit, lalu disaring. Filtrat dan larutan awal logam diukur menggunakan spektrometer serapan atom (Buasri et al. 2008). Penentuan Kapasitas Penjerapan Pb(II) Menggunakan Metode Tumpak Larutan yang digunakan dalam metode tumpak adalah larutan Pb(NO3)2. Larutan stok Pb(II) disiapkan dengan konsentrasi 1000 ppm. Sebanyak 25 mL larutan Pb(II) 50-500 ppm dalam air dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 100 mL. Kemudian larutan Pb(II) diatur pada pH optimum. Setelah pH tercapai, sebanyak 0.2 g zeolit dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditutup. Kemudian larutan dikocok menggunakan alat kocok selama 1 jam. Filtrat dan larutan awal Pb2+ diukur menggunakan spektrometer serapan atom. Pekerjaan dilakukan juga pada suhu 30, 40 dan 50 ºC untuk menghitung parameter termodinamika (Chen dan Chen 2009). Pencirian Zeolit Zeolit sebelum dan sesudah aktivasi dikarakterisasi menggunakan XRD untuk mengetahui jenis zeolit yang digunakan. Zeolit awal, aktivasi, dan termodifikasi ditizon dikarakterisasi dengan FTIR. Analisis gugus fungsi dengan FTIR. sampel disiapkan masing-masing sebanyak 2 mg, kemudian masing-masing digerus bersama 200 mg serbuk KBr anhidrat. Campuran ini kemudian dianalisis gugus fungsinya dengan alat FTIR.

7

HASIL DAN PEMBAHASAN Kapasitas Tukar Kation Kapasitas tukar kation (KTK) merupakan salah satu sifat kimia terpenting zeolit sebagai adsorben. KTK dapat digunakan sebagai salah satu parameter mutu zeolit. Kapasitas tukar kation merupakan ukuran jumlah kation yang dapat dipertukarkan. Kation yang dapat dipertukarkan pada zeolit hanya kation yang terikat lemah di sekitar pusat tetrahedral Al, dan yang dapat dihilangkan atau ditukar dengan pencucian zeolit dengan larutan pekat dari kation lain. KTK ditentukan oleh derajat substitusi Al3+ terhadap Si4+ pada kerangka zeolit. Semakin besar derajat substitusi, semakin besar kation alkali maupun alkali tanah yang diperlukan untuk menetralkannya. Penentuan KTK dilakukan dengan menukar kation tukar dari zeolit dengan kation NH4+ yang berasal dari larutan ammonium asetat. Perbandingan dari hasil pengukuran KTK dapat dilihat pada Tabel 1.

Proses aktivasi zeolit secara kimia menggunakan larutan HCl untuk membersihkan permukaan pori dan melepaskan senyawa pengganggu. Setelah itu, zeolit dibuat menjadi bentuk homoion Nazeolit dengan menggunakan larutan NaCl. Kapasitas tukar kation zeolit setelah aktivasi meningkat menjadi 73.50 meK/100g. Zeolit yang telah dibuat dalam bentuk homoion memiliki kemampuan tukar kation yang lebih besar, disebabkan seragamnya proses diffusi di dalam mekanisme pertukaran kation tersebut (Fatimah 2000). Selain aktivasi, peningkatan mutu zeolit alam juga dapat dilakukan melalui modifikasi. Pada penelitian ini, zeolit alam dimodifikasi dengan difeniltiokarbazon (ditizon). Hal ini bertujuan untuk memperbesar kapasitas penjerapan zeolit sebagai adsorben alam dalam menjerap ion logam Pb. Kapasitas pertukaran kation zeolit setelah dimodifikasi meningkat menjadi 75.01 mek/100g. Hal ini dapat disebabkan adanya molekul ditizon sebagai agen pengkelat yang telah terjerap pada permukaan zeolit.

Tabel 1 Perbandingan hasil pengukuran KTK Pencirian Zeolit Sampel Zeolit asal Lampung

KTK (mek/100 g) 65.33

Zeolit setelah pemanasan 300 ºC

60.61

Zeolit teraktivasi

73.50

Zeolit modifikasi ditizon

75.01

Zeolit alam pada umumnya masih banyak mengandung pengotor, maka perlu diaktifkan terlebih dahulu agar kemampuan adsorpsinya meningkat. Proses aktivasi zeolit pada penelitian ini dilakukan melalui proses fisis dan kimia. Proses aktivasi secara fisis dilakukan dengan pemanasan zeolit pada suhu 300 ºC selama 3 jam (Suwardi 2000). Pemanasan ini bertujuan menguapkan air yang terperangkap pada pori-pori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah. Berdasarkan Tabel 1, nilai KTK zeolit awal sebesar 65.33 mek/100g. Setelah mengalami pemanasan pada suhu 300 ºC, nilai KTK turun menjadi 60.61 mek/100g. Menurut Armbruster (1993), jika zeolit dipanaskan pada suhu tinggi hingga taraf tertentu, akan terjadi dehidroksilasi yang melepaskan molekul air terikat pada struktur bangun zeolit. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan nilai kapasitas tukar kation.

Karakterisasi struktur zeolit dilakukan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) untuk mengetahui komposisi utama mineral zeolit. Berdasarkan hasil analisis XRD (Lampiran 2 dan 3), zeolit yang digunakan termasuk ke dalam jenis zeolit heulandit-Sr. Pada umumnya, zeolit alam asal Lampung mengandung campuran antara klinoptilolit dan mordenit dengan montmorilonite sebagai mineral pengotor (Suwardi 2000). Heulandit dan klinoptilolit merupakan dua jenis zeolit dalam satu kelompok. Kedua zeolit ini mempunyai 10 anggota cincin sistem saluran pori dengan 8 anggota cincin saluran silang. Klinoptilolit mempunyai rasio Si/Al lebih besar dari 4, sedangkan rasio Si/Al pada heulandit adalah 4. Heulandit mempunyai kekuatan ikatan yang lemah pada satu arah, akibatnya stabilitas ketahanan termal antara kedua jenis ini berbeda. Klinoptilolit stabil pada pemanasan di atas 500 ºC, sedangkan heulandit dapat mengalami kerusakan struktur pada pemanasan sekitar 350 ºC (Cotton 2008).

8

22.41º 28.07º 30.08º

Gambar 4 Difraktogram sinar X pada zeolit alam asal Lampung sebelum diaktivasi. 22.40º

rentang bilangan gelombang 300˗1300 cm-1. Bilangan gelombang tersebut merupakan daerah utama serapan ikatan tetrahedral dari komponen utama penyusun zeolit, SiO44dan AlO45-. Rentangan simetri O-Al-O atau O-Si-O pada internal tetrahedral akan muncul pada daerah 650-720 cm-1 sedang untuk pertautan eksternal akan muncul pada 750820 cm-1. Tekukan Si-O atau Al-O akan muncul pada daerah 420-500 cm-1, sedangkan serapan pada daerah 950-1250 cm-1 menunjukkan rentangan asimetri (Wietkamp dan Puppe 1999). Rentangan asimetri zeolit alam sebelum dan sesudah aktivasi pada penelitian ini ditunjukkan pada pita 1061 cm-1 dan 1064 cm-1 (Lampiran 4 dan 5).

28.07º 30.08º

Gambar 5 Difraktogram sinar X pada zeolit alam asal Lampung setelah diaktivasi. .

Difraktogram sinar X pada zeolit sebelum diaktivasi (Gambar 4) dengan zeolit setelah diaktivasi (Gambar 5) tidak mengalami banyak perubahan. Hal ini menunjukkan tidak terjadi banyak perubahan pada zeolit setelah proses aktivasi. Difraktogram sinar X zeolit aktivasi menunjukkan peningkatan intensitas, terutama pada daerah 2ϴ = 28.07º. Selain itu, jumlah puncak yang dihasilkan pada zeolit teraktivasi lebih banyak. Hal ini menunjukkan adanya peningkatan kristalinitas zeolit setelah mengalami aktivasi dari 67.05% menjadi 78.04%. Menurut Armbruster (2001), zeolit jenis heulandit mempunyai ketahanan terhadap asam lebih rendah dibandingkan klinoptilolit. Pencucian heulandit dengan asam dapat menyebabkan penurunan jumlah Al dan kation permukaan pada kerangka tambahan zeolit sehingga membuka lapisan amorf silika. Akan tetapi, pencucian asam dengan konsentrasi yang rendah (HCl 0.02 M) pada penelitian ini tidak dapat merubah struktur zeolit. Pencirian zeolit juga dilakukan dengan fourier transform infra red (FTIR). Secara spektroskopis, zeolit dapat diamati pada

Gambar 6 Spektra FTIR zeolit alam setelah aktivasi dan modifikasi. Ditizon dikenal sebagai agen pengkelat yang berperan dalam mengikat logam melalui donor atom nitrogen dan sulfur. Dalam fase teradsorpsi secara fisik, beberapa dari atomatom donor ditizon terlibat dalam proses adsorpsi fisik dengan permukaan aktif adsorben (Mahmoud et al. 2000). Pembuktian adanya ditizon pada zeolit juga dilakukan melalui analisis gugus fungsi. Hasil FTIR zeolit tanpa modifikasi dan senyawa ditizon dapat dilihat pada Lampiran 6 dan 7. Spektrum FTIR zeolit alam setelah aktivasi

9

Penentuan Jumlah Ditizon pada Permukaan Zeolit Sintesis zeolit yang termodifikasi dengan ditizon dilakukan berdasarkan penelitian Mahmoud et al. (2010). Jumlah ditizon yang terjerap dalam zeolit dapat ditentukan dengan cara gravimetrik melalui desorpsi termal. Bobot zeolit sebelum dan sesudah dimodifikasi ditimbang, kemudian sampel dipanaskan pada suhu tinggi. Banyaknya ditizon yang menempel pada permukaan zeolit diperoleh dengan membandingkan bobot yang hilang pada zeolit sebelum dan sesudah modifikasi setelah pemanasan. Berdasarkan Lampiran 8, sebanyak 3.51% ditizon dapat tertempel pada permukaan zeolit. Hasil ini tidak berbeda jauh dengan hasil penelitian Mahmoud et al. (2010) yang menyatakan 3.46–4.48% ditizon yang tertempel pada permukaan alumina. Besarnya kandungan ditizon pada zeolit juga dapat ditentukan melalui analisis nitrogen total dengan metode Kjeldahl. Sampel dapat dianalisis menggunakan metode ini karena molekul ditizon mempunyai 4 atom nitrogen. Berdasarkan Lampiran 9, penentuan jumlah ditizon melalui metode Kjeldahl menghasilkan kadar ditizon pada permukaan zeolit sebesar 1.86%. Hasil ini sangat berbeda dengan penentuan jumlah ditizon dengan cara gravimetrik yang menghasilkan kadar ditizon 3,51%. Perbedaan ini dapat disebabkan beberapa faktor, diantaranya adalah pada struktur ditizon terdapat 2 jenis ikatan nitrogen. Dua nitrogen pertama terikat dalam bentuk amina (-NH) sedangkan dua atom yang lain terikat dalam bentuk azo (-N=N-). Saat destruksi sampel, amina akan diubah menjadi ion ammonium (NH4+) sedangkan azo (-N=N-) akan berubah menjadi unsur nitrogen atau bentuk oksidanya yang dapat

hilang dalam suasana asam panas. Hal ini dapat menyebabkan adanya galat negatif pada penentuan nitrogen dengan metode Kjeldahl dibandingkan dengan metode gravimetrik. Pengaruh pH terhadap Adsorpsi Pb(II) Penentuan kondisi optimum dilakukan pada penelitian karena setiap adsorben memiliki sifat yang berbeda dalam proses adsorpsi, sehingga kondisi yang dibutuhkan juga berbeda. Selain itu, penentuan kondisi optimum juga dapat dilakukan agar saat aplikasi terhadap limbah industri, adsorben dapat mengadsorpsi logam berat dengan optimal, sehingga dapat diperoleh hasil yang baik. Penelitian ini menggunakan larutan stok Pb(II) dengan konsentrasi 1000 ppm yang dibuat dari larutan Pb(NO3)2 (Lampiran 10). Kurva larutan standar Pb(II) menghasilkan persamaan garis y = 0.0387x + 0.0079 dengan kelinearan 99.94% (Lampiran 11). Penentuan kondisi optimum adsorpsi zeolit tanpa modifikasi dan modifikasi ditizon dilakukan dengan mengukur tiga parameter, yaitu pH dan konsentrasi awal larutan Pb(II), serta waktu kontak adsorpsi. Salah satu parameter penting yang menentukan kemampuan adsorben dalam menjerap logam pada permukaan padat-cair adalah pH. Oleh karena itu, kondisi pH harus dijaga stabil selama proses adsorpsi berlangsung. Pengukuran pengaruh pH terhadap adsorpsi logam Pb(II) dilakukan dengan metode tumpak pada pH 2-10. Pengaruh pH larutan terhadap kapasitas dan % adsorpsi ion logam Pb(II) dapat dilihat pada Gambar 7 dan 8. 7 6 Q (mg/g)

dan modifikasi ditizon dapat dilihat pada Gambar 6. Spektra zeolit aktivasi terdapat serapan pada 3628 cm-1 yang menunjukkan adanya serapan –OH dari air, pada zeolit modifikasi serapan ini juga masih ditemukan. Ciri yang membedakan kedua zeolit ini terlihat pada bilangan gelombang 2919 cm-1 yang menunjukkan ikatan -C-N- dari ditizon. Selain itu, pita serapan pada 2850 cm-1 menunjukkan ikatan C-H aromatik. Serapan untuk regangan –C=S (1200-1050 cm-1) dari molekul ditizon tidak muncul pada spektrum karena pita serapan ini bergabung ke dalam serapan dari O-Si-O yang kuat di daerah 1067 cm-1 (Yu et al. 2011).

5 4 3 2 1 0 0

2

4

6

8

10

pH tanpa modifikasi

Gambar 7

modifikasi ditizon

Pengaruh pH terhadap kapasitas adsopsi ion logam Pb(II).

10

120 100 %E

80 60 40 20 0 2

4

6

8

10

pH tanpa modifikasi

modifikasi ditizon

Gambar 8 Pengaruh pH terhadap % adsopsi ion logam Pb(II). Berdasarkan Gambar 7 dan 8, terlihat bahwa kapasitas (Q) dan % adsorpsi (%E) terbesar penjerapan ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi diperoleh pada pH 4. Penjerapan Pb(II) pada pH ini menghasilkan kapasitas dan % adsorpsi paling besar, yaitu 5.8700 mg/g dan 95.98% (Lampiran 12). Hal ini berarti setiap 1 g adsorben mengadsorpsi 5.8700 mg adsorbat dengan presentasi penurunan konsentrasi sebesar 95.98% dari konsentrasi awal larutan. Selain itu, gambar tersebut juga menunjukkan kapasitas dan persen adsorpsi mengalami penurunan pada pH di atas 4. Menurut Inglezakis et al. (2007), penurunan adsorpsi Pb(II) ini mencerminkan penurunan jumlah muatan negatif pada permukaan zeolit. Pada pH rendah, silika pada zeolit menarik ion positif dari adsorbat. Jumlah muatan negatif pada permukaan adsorben menurun dengan meningkatnya pH. Hal ini menyebabkan penurunan adsorpsi Pb(II) dalam larutan pada pH tinggi. Kapasitas dan % adsorpsi penjerapan ion logam Pb(II) menggunakan zeolit termodifikasi ditizon meningkat dengan bertambahnya pH. Namun, pada pH di atas 6 kapasitas dan % adsorpsi menurun (Gambar 7 dan 8). Kapasitas dan % absorbsi tertinggi penjerapan Pb diperoleh pada pH 6, yaitu 6.0823 mg/g dan 99.65% (Lampiran 13). Hal ini berarti setiap 1 g adsorben mengadsorpsi 6,0823 mg adsorbat dengan presentasi penurunan konsentrasi sebesar 99,65% dari konsentrasi awal larutan. Hasil ini sesuai dengan penelitian Mahmoud et al.( 2010) yang menggunakan pH 6 dalam penjerapan Pb(II) menggunakan adsorben aluminaditizon. Namun, hasil penelitian ini agak berbeda dengan penelitian Putra dan

Mahmudah (2010), yang telah melaporkan pH optimum adsorpsi Pb(II) dengan ditizon yang terimpregnasi dan terfungsionalisasi pada resin Amberlite XAD-16 adalah 10 dan 8. Penjerapan pada medium asam kuat, terjadi kompetisi antara Pb2+ dengan H+ yang berasal dari HNO3, untuk berikatan dengan ditizon. Jika H+ berikatan dengan ditizon, maka akan terbentuk asam ditizonat, sedangkan bila Pb2+ berikatan dengan ditizon akan terbentuk kompleks Pb2+-ditizon yang tidak stabil. Kenaikan pH berpengaruh pada semakin banyaknya ion Pb2+ yang terikat pada ditizon karena jumlah ion H+ berkurang sehingga mengurangi kompetisinya dengan ion Pb2+ (Yu et al. 2011). Akan tetapi, pada penelitian ini adsorpsi tidak dilakukan pada pH tinggi karena ion logam Pb2+ sudah dapat membentuk endapan Pb(OH)2 pada pH tinggi. Berdasarkan stoikiometri, satu ion Pb2+ dapat diikat oleh dua molekul anion ditizonat. Reaksi pembentukan kompleks Pb-ditizon dalam suasana basa dapat dilihat pada Gambar 9.

N N

NH N

2

SH +

2+

Pb

OH

S N

HN

Pb

N

+

2 H+

NH

N S N

N N

Gambar 9 Reaksi pembentukan kompleks Pbditizon dalam suasana basa (Lang et al. 2008). Kelompok mineral tektosilikat seperti zeolit mempunyai nilai pH abrasi 7-9. Nilai pH abrasi merupakan indikasi ketahanan ikatan antarsatuan dan antarkerangka satuan tetrahedron-SiO4 dan AlO4. Ikatan O-Si-O dan O-Al-O dalam rantai tetrahedron akan terdegradasi dalam larutan bernilai pH 7-9 (Birkeland 1974). Nilai pH optimum adsorpsi larutan Pb(II) pada zeolit tanpa modifikasi (4) dan pada zeolit modifikasi (6) berada di bawah nilai pH abrasi. Oleh karena itu, pengaruh pH larutan Pb(II) tidak akan menyebabkan terdegradasinya kerangka satuan tetrahedron-SiO4 dan AlO4 pada struktur zeolit.

11

Pengaruh Bobot Adsorben terhadap Adsorpsi Pb(II)

Pengaruh Waktu Kontak terhadap Adsorpsi Pb(II) Penentuan waktu kontak optimum dilakukan untuk mengetahui waktu minimum yang dibutuhkan oleh adsorben dalam menjerap ion logam Pb(II) secara maksimum sampai tercapai keadaan jenuh. Pengaruh waktu kontak terhadap adsorpsi ion logam Pb(II) dapat dilihat pada Gambar 11 dan 12.

1.25 1.2 1.15 1.1

6.2 1.05

6.1 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Bobot Adsorben (g)

Gambar

10

Pengaruh bobot adsorben terhadap adsorpsi Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon.

Jumlah ion logam Pb(II) yang terjerap meningkat dengan meningkatnya bobot adsorben (Gambar 10). Akan tetapi, jumlah ion logam Pb(II) terjerap maksimum pada bobot adsorben 0.2 g. Saat bobot adsorben dinaikkan di atas 0.2 g, jumlah logam Pb(II) yang terjerap cenderung tetap. Hal ini dapat disebabkan oleh jumlah adsorbat Pb(II) dalam larutan sudah habis. Oleh karena itu, Penelitian ini menggunakan adsorben sebesar 0.2 g. Berdasarkan data yang diperoleh (Lampiran 14), diketahui bahwa nilai kapasitas adsorpsi tidak selalu berbanding lurus dengan nilai % adsorpsi. Pada kondisi waktu adsorpsi dan konsentrasi yang sama, kenaikan bobot adsorben menyebabkan penurunan nilai kapasitas adsorpsi tetapi meningkatkan nilai % adsorpsi. Hal ini terjadi karena kapasitas adsorpsi menunjukkan banyaknya adsorbat yang diadsorpsi per bobot adsorben, sehingga nilainya dipengaruhi oleh besarnya bobot adsorben. Jika bobot adsorben dinaikkan sedangkan waktu adsorpsi dan konsentrasi adsorbat tetap, peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan

Q (mg/g)

0

6.0 5.9 5.8 5.7 5.6 0

30

60

90

120

Waktu Kontak (menit) tanpa modifikasi

modifikasi ditizon

Gambar 11 Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi Pb(II). 100 98 96 %E

Pb(II) yang terjerap (mg)

Pengaruh bobot adsorben terhadap adsorpsi logam Pb (II) pada penelitian ini hanya dilakukan untuk zeolit modifikasi ditizon. Pengaruh bobot adsorben terhadap adsorpsi logam Pb(II) dilakukan dengan metode tumpak dengan bobot adsorben 0.05– 0.5 g. Pengaruh bobot adsorben terhadap adsorpsi ion logam Pb(II) dapat dilihat pada Gambar 10.

akan lebih lama. Sebaliknya, persen adsorpsi (%E) menyatakan banyaknya konsentrasi ion logam yang teradsorpsi oleh adsorben sehingga nilainya hanya ditentukan oleh perubahan konsentrasi ion logam setelah diadsorpsi. Semakin banyak jumlah adsorben yang digunakan, maka akan semakin banyak nilai ion logam yang dapat diadsorpsi.

94 92 90 88 15

30

60

90

120

Waktu Kontak (menit) tanpa modifikasi

modifikasi ditizon

Gambar 12 Pengaruh waktu kontak terhadap % adsorpsi Pb(II).

12

Pengaruh Konsentrasi Awal Larutan terhadap Adsorpsi Pb(II) Pengaruh konsentrasi awal adsorbat terhadap kapasitas adsorpsi pada suhu ruang ditunjukkan Gambar 13. Berdasarkan Gambar 13, kapasitas adsorpsi terbesar untuk zeolit tanpa modifikasi dan zeolit termodifikasi terjadi saat konsentrasi larutan Pb(II) sebesar 250 ppm dan 300 ppm. Saat konsentrasi awal diperbesar nilai kapasitas adsorpsi cenderung turun karena permukaan zeolit telah jenuh akibat kontak antara zeolit sebagai adsorben dan larutan Pb(II) sebagai adsorbat telah mengalami kesetimbangan.

30

Q (mg/g)

25 20 15 10 5 0 0

100

200

300

400

500

Konsentrasi awal Pb (II) (ppm) tanpa modifikasi modifikasi ditizon

Gambar 13

Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) terhadap % adsorpsi penjerapan.

30 25 Qe (mg/g)

Waktu kontak optimum yang diperoleh pada adsorpsi Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi adalah 60 menit (Gambar 11 dan 12). Pada waktu 60 menit, pH larutan 4, dan bobot adsorben sebanyak 0.2 g zeolit tanpa modifikasi menghasilkan kapasitas dan persen adsorpsi sebesar 6.0253 mg/g dan 98.76% (Lampiran 15). Waktu optimum merupakan waktu terjadi keadaan kesetimbangan antara laju adsorpsi dan desorpsi (Alias et al. 2008). Setelah melewati 60 menit, kapasitas dan % adsorpsi mengalami penurunan. Hal ini menunjukkan pada waktu pengocokan 60 menit, kontak antara zeolit sebagai adsorben dan larutan Pb(II) sebagai adsorbat telah mengalami kesetimbangan. Kapasitas dan % adsorpsi cenderung konstan pada pengocokan 60 menit karena seluruh permukaan zeolit mengadsorpsi ion Pb(II). Setelah waku pengocokan dinaikkan, kapasitas dan % adsorpsi menurun karena terjadi proses desorpsi adsorbat yang telah teradsorpsi. Ion logam Pb(II) dapat tertahan dengan baik oleh zeolit modifikasi ditizon mulai waktu kontak 15 menit (Gambar 11 dan 12). Pada waktu kontak 15 menit, kapasitas dan % adsorpsi yang diperoleh sebesar 6.0578 mg/g dan 99.37%. Kapasitas dan % adsorpsi mengalami sedikit kenaikan saat waktu kontak ditambah hingga 60 menit, menjadi 6.0854 mg/g dan 99.65% (Lampiran 16). Hal ini dapat disebabkan oleh permukaan zeolit yang mulai jenuh karena kontak antara zeolit sebagai adsorben dan larutan Pb(II) sebagai adsorbat telah mengalami kesetimbangan. Setelah penambahan waktu kontak selama 2 jam, kapasitas dan % adsorpsi penjerapan Pb(II) hanya mengalami sedikit penurunan. Apabila waktu kontak terus ditambah, kemungkinan kapasitas dan % adsorpsi akan turun akibat proses desorpsi adsorbat yang telah teradsorpsi.

20 15 10 5 0 0

100

200

300

400

500

Ce (ppm) Tanpa modifikasi Modifikasi ditizon Gambar 14

Hubungan antara konsentrasi kesetimbangan (Ce) dengan kapasitas adsorpsi.

Hubungan antara konsentrasi larutan Pb(II) saat kesetimbangan dengan kapasitas adsorpsi pada suhu ruang dapat dilihat pada Gambar 14. Kapasitas adsorpsi ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi lebih kecil dibandingkan dengan zeolit modifikasi. Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi pada 250 ppm sebesar 23.2191 mg/g (Lampiran 17), sedangkan kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh zeolit termodifikasi ditizon pada 300 ppm sebesar 26.8911 mg/g (Lampiran 18). Hasil penelitian ini lebih tinggi dibandingkan dengan Mahmudah (2010) yang telah melaporkan konsentrasi terbaik larutan Pb2+ yang diperoleh pada adsorpsi menggunakan resin XAD-16

13

terfungsionalisasi ditizon adalah 10 ppm dengan kapasitas adsorpsi sebesar 0.8608 mg/g. Pengaruh konsentrasi awal Pb(II) terhadap adsorpsi juga dikerjakan pada suhu yang berbeda, antara 30-50 ºC (Lampiran 19). Hasil penelitian menunjukkan kapasitas adsorpsi kedua adsorben meningkat dengan kenaikan suhu adsorpsi. Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada permukaan padatan dan jumlah adsorben pada suhu tetap. Pada penelitian ini, adsorpsi ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi dan modifikasi ditizon diuji dengan tiga persamaan, yaitu persamaan Freundlich, Langmuir, dan DubininRadushkevich. Perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu ruang, 30, 40, dan 50 ºC terdapat pada Lampiran 20−23. Nilai koefisien korelasi isoterm adsorpsi pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2

Nilai koefisien korelasi isoterm adsorpsi ion logam Pb(II) Isoterm

TM

ZM

diperoleh untuk zeolit tanpa modifikasi pada suhu ruang, 30, 40, dan 50 ºC, secara berturutturut 12.30, 20.96, 29.58, dan 34.13 mg/g. Untuk zeolit modifikasi ditizon, nilai Qm yang diperoleh sebesar 23.81, 28.74, 39.22, dan 40.16 mg/g (Lampiran 24). Mekanisme adsorpsi ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi dan modifikasi ditizon dapat diketahui menggunakan persamaan Dubinin-Raduskevich dengan menentukan nilai energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea). Berdasarkan nilai Ea yang diperoleh, ada dua asumsi terhadap jenis adsorpsi. Jika Ea kurang dari 8.00 kJ/mol maka proses adsorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi fisik. Jika nilai Ea yang didapat lebih dari 8.00 kJ/mol maka proses adsorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi kimia (Chen dan Chen 2009). Hasil perhitungan menunjukkan bahwa energi bebas rata-rata adsorpsi ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi dan modifikasi ditizon kurang dari 8 kJ/mol. Hal ini menunjukkan adsorpsi ion logam Pb(II) oleh kedua sampel terjadi secara adsorpsi fisik (fisisorpsi). Nilai parameter dan koefisien korelasi berbagai model isoterm secara lengkap terdapat pada Lampiran 24.

R2 (%) 28

30

40

50

Langmuir

89.49

89.17

77.26

95.96

Freundlich

25.42

78.30

57.89

88.91

DubininRadushkevich

17.20

66.70

43.40

77.50

Langmuir

99.13

95.24

96.88

98.28

Freundlich

69.62

84.66

95.38

95.11

DubininRadushkevich

90.50

71.30

60.40

65.90

Keterangan: TM = zeolit tanpa modifikasi. ZM = zeolit modifikasi ditizon.

Termodinamika Parameter yang terkait dengan proses adsorpsi dapat diprediksi melalui hubungan antara konstanta kesetimbangan adsorpsi Langmuir (KL) dengan suhu. Berdasarkan persamaan Van’t Hoff, perubahan energi Gibbs standar (ΔGº), entalpi standar (ΔHº) and entropi (ΔSº) dapat dihitung (Lampiran 25). Grafik hubungan antara ln KL dengan 1/T dapat dilihat pada Gambar 15. 0 0.003 -1

0.0031

0.0032

0.0033

0.0034

y = 8.55 × 103 x - 28.8596 R² = 0.6336

ln KL

Pola adsorpsi ditentukan dengan cara membandingkan linearitas kurva yang ditunjukkan oleh harga R2 (Suardana 2008). Berdasarkan nilai linearitasnya, adsorpsi ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi maupun modifikasi ditizon mengikuti persamaan Langmuir (Tabel 2). Dengan demikian, dapat diasumsikan bahwa proses adsorpsi terjadi melalui mekanisme yang sama dan membentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum. Selain itu, pola isoterm ini juga tidak berubah dengan bertambahnya suhu lingkungan adsorpsi. Kemampuan adsorpsi maksimum (Qm) untuk zeolit tanpa modifikasi meningkat dengan bertambahnya suhu adsorpsi. Nilai Qm yang

-2

-3

-4

y = 12.61 × 103 x - 42.3711 R² = 0.6727

1/T Modifikasi ditizon Tanpa modifikasi

Gambar 15 Hubungan antara ln KL dengan 1/T.

14

Tabel 3 Parameter termodinamika penjerapan ion logam Pb(II)

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan

Sampel

Zeolit tanpa modifikasi

o

o

T (K)

ΔS ( kJ.K/mol)

ΔH ( kJ/mol)

ΔG ( kJ/mol)

30

-0.35

-104.83

1.92

40

5.44

50

8.96

30 Zeolit modifikasi ditizon

o

-0.24

-71.10

1.60

40

4.00

50

6.40

Penelitian ini mengambil data dari tiga suhu yang berbeda antara 30-50 ºC untuk menentuan parameter termodinamika. Persamaan garis untuk zeolit tanpa modifikasi adalah y = 12.61×103 x - 42.3711, sedangkan zeolit modifikasi ditizon diperoleh persamaan y = 8.55×103 x - 28.8596 (Lampiran 25). Parameter termodinamika penjerapan ion logam Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi dan termodifikasi ditizon dapat dilihat pada Tabel 3. Berdasarkan perhitungan, ΔHo yang diperoleh bernilai negatif untuk kedua sampel. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi berlangsung secara eksoterm. Selain itu, kedua sampel juga mempunyai nilai ΔGo positif, yang menunjukkan reaksi berjalan tidak spontan. Akan tetapi, karena nilai ΔSo yang diperoleh negatif, maka adsorpsi menggunakan kedua adsorben ini dapat berlangsung spontan pada suhu yang lebih rendah, berdasarkan perhitungan reaksi dapat berjalan spontan pada suhu kurang dari 25 ºC. Hasil perhitungan ΔGo yang bernilai positif bertentangan dengan fakta yang menunjukkan reaksi adsorpsi telah terjadi pada suhu 30-50 ºC, yang dibuktikan dengan meningkatnya nilai kapasitas adsorpsi. Untuk itu, perlu pengecekan lebih lanjut untuk memastikan kebenaran kedua data. Data pada penelitian ini belum cukup mewaliki kondisi termodinamika karena nilai linearitas yang diperoleh masih rendah, yaitu sebesar 63.36% dan 67.27%. Oleh karena itu, untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan penetapan ulang parameter termodinamika berdasarkan hasil percobaan dengan variasi suhu yang lebih banyak sehingga dapat diperoleh data dengan linearitas lebih baik.

Berdasarkan hasil analisis dengan XRD, zeolit asal Lampung yang digunakan pada penelitian termasuk dalam jenis heulandit-Sr. Keberadaan ditizon pada zeolit telah dibuktikan dengan analisis gravimetrik, penentuan kadar nitrogen, dan analisis gugus fungsi menggunakan FTIR. Kapasitas adsorpsi Pb(II) oleh zeolit termodifikasi ditizon lebih tinggi dibandingkan zeolit tanpa modifikasi. Hasil penelitian menunjukkan kondisi terbaik untuk adsorpsi ion logam Pb(II) pada suhu ruang oleh zeolit tanpa modifikasi diperoleh pada pH 4, konsentrasi larutan Pb(II) 250 ppm, dan waktu kontak 60 menit. Sementara untuk zeolit termodifikasi ditizon diperoleh pada pH 6, konsentrasi larutan Pb(II) 300 ppm, dan waktu kontak 60 menit. Zeolit tanpa modifikasi dan termodifikasi mengikuti pola isoterm Langmuir dan mekanisme adsorpsi fisik. Saran Tahapan selanjutnya perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh jumlah ditizon pada zeolit terhadap penjerapan ion logam Pb(II) beserta analisis morfologi permukaan zeolit termodifikasi dengan SEM. Selain itu, perlu dipelajari penggunaan zeolit sebagai materi pengisi minikolom untuk analisis injeksi alir (FIA).

DAFTAR PUSTAKA Alias MY, Nizam NA. 2009. Removal of Cr (IV) and As (V) from aqueous solution by HDTMA-modified zeolite Y. J Hazard Mater 162 : 1019-1024. Anthemidis AN, Zachariadis GA, Stratis JA. 2002. On-line preconcentration and determination of copper, lead and chromium(VI) using unloaded polyurethane foam packed column by flame atomic absorption spectrometry in natural waters and biological samples. Talanta 58 : 831−840. Armbruster T.2001. Clinoptilolite-heulandite: applications and basic research. Studies in Surface Science and Catalysis 135 : 1327.

15

Armbruster T. 1993. Dehydration mechanism of clinoptilolite and heulandite: Singlecrystal X-ray study of Na-poor, Ca-, K-, Mg-rich clinoptilolite at 100 K. American Mineralogist 78 : 260-264. Birkeland PW. 1974. Pedology, Weathering, and Geomorphological Reasearch. Toronto: Oxford Univ Press. Buasri A, Chaiyut N, Phattarasirichot K, Yongbut P, Nammueng L. 2008. Use of Natural Clinoptilolite for the Removal of Lead (II) from Wastewater in Batch Experiment. Chiang Mai J Sci 35(3) : 447-456. Chen A, Chen S. 2009. Biosorption of azo dyes from aqueous solution by glutaraldehyde-crosslinked chitosans. J Hazard Mater 172 : 1111–1121. Costa ACS, Lopes L, Korn MDGA, Portela JG. 2002. Separation and preconcentration of cadmium, copper, lead, nickel by solid-liquid extraction of their cocrystallized naphthalene ditizon chelate is saline matrices. J Braz Chem Soc. 13(5):674-678. Cotton A. 2008. Dissolution kinetics of clinoptilolite and heulandites in alkaline conditions. Biohorizons 1:38-43. Diantariani NP, Sudiarta IW, Elantiani NK. 2008. Proses biosorpsi dan desorpsi ion Cr(VI) pada bioserben rumput laut Eucheuma spinosum. J Kimia 2(1):45-52. Ensafi AA, Shiraz AZ. 2008. On-line separation and preconcentration of lead (II) by solid phase extraction using activated carbon loaded with xylanol orange and its determination by flame atomic absorption spectrofotometry. J Hazard Mater 150 : 554−559. Erdem E, Karapinar N, Donat R. 2004. The removal of heavy metal cations by natural zeolites. J Colloid Interface Sci 280 : 309–314. Fatimah I. 2000. Penggunaan Na-zeolit alam teraktivasi sebagai penukar ion Cr3+ dalam larutan. Logika 4(5) : 25-33. Ferreira SLC et al.. 2007. Review of procedures involving separation and preconcentration for the determination of cadmium using spectrometric techniques. J Hazard Mater 145 : 358–367. Inglezakis VJ, Stylianou MA, Gkantzou D, Loizidou MD. 2007. Removal of Pb(II) from aqueous solutions by using clinoptilolite and bentonite as adsorbents. Desalination 210 : 248–256.

Jing

Fan, Chunlai Wu, Yafang Wei, Chuanyun Peng, Pingan Peng. 2007. Preparation of xylanol orange fungtionalized silica gel as a selective solid phase extractor and its application for preconcentration-sepration of mercury from waters. J Hazard Mater 145 : 323– 330. Lang L, Chiu K, Lang Q. 2008. Spectrometric determination of lead in agricultural, food, dietary supplement, and pharmaceutical samples. Pharm tech 32:74-83. Las T. 2005. Potensi zeolit untuk mengolah limbah industri dan radioaktif. [terhubung berkala].http://www.batan.go.id/ptlr/11id/ ?q=content/potensi-zeolit-untukmengolah-limbah-industri-dan-radioaktif [17 Nov 2011]. Mahmoud MA, Osman MM, Amer ME. 2000. Selective pre-concentration and solid phase extraction of mercury(II) from natural water by silica gel-loaded dithizone phases. Anal Chim Acta 415 : 33-40. Mahmoud ME, Osman MM, Hafez OF, Hegazi AH, Elmelegy E. 2010. Removal and preconcentration of lead (II) and other heavy metals from water by alumina adsorbents developed by surfaceadsorbed-dithizone. Desalination 251 : 123–130. Mahmudah R. 2010. Sintesis dan pencirian Amberlite XAD-16 terfungsionalisasi ditizon untuk retensi ion logam Pb2+ [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Medvidovic NV, Peric J, Trgo M. 2006. Column performance in lead removal from aqueous solutions by fixed bed of natural zeolite–clinoptilolite. Sep Purif Technol 49 : 237–244. Nezio MSD, Palomeque M, Band BSF. 2005. Automated flow-injection method for cadmium determination with preconcentration and reagent preparation online. Quim. Nova. 1:145-148. Payne KB, Abdel-Fattah TM. 2004. Adsorption of divalent lead ions by zeolites and activated carbon: effects of pH, temperature, and ionic strength. J. Environ Sci Health, Part A 39 : 2275– 2291.

16

Putra BR. 2010. Pembuatan dan pencirian solvent impregnated resin mengandung ditizon terimpregnasi pada Amberlite XAD-16 [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Rajesh N, Manikandan S. 2008. Spectrophotometric determination of lead after preconcentration of its diphenylthiocarbazone complex on an Amberlite XAD-1180 column. Spectrochim Acta A 70:754-757. Rajesh N, Arrchana L, Prathiba S. 2003. Removal of trace amounts mercury (II) using alumunium hydroxide as the collector. Univ Scientarum 8(2) : 55-59. ShaobinW, Yuelian P. 2010. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chem Eng J 156 : 11–24. Skoog DA, Holler FJ, Crouch SR. 2007. Principles of Instrumental Analysis. Ed ke-6. USA: Thomson Brooks/Cole. [SNI] Standar Nasional Indonesia. 2004. SNI 06-6989, 8-2006. Cara uji timbal (Pb) dengan metode Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)-nyala. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.

[SNI] Standar Nasional Indonesia. 2006. SNI 01-3553-2006. Air Minum Dalam Kemasan. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional. Suardana IN. 2008. Optimalisasi daya adsorpsi zeolit terhadap ion kromium (III). J Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora 2(1) : 17-33. Supriharyono MS. 2000. Pelestarian dan Pengelolaan Sumber Daya Alam di Wilayah Pesisir Tropis. Jakarta: PT Gramedia. Suwardi. 2000. Mineral zeolit: Sifat-Sifat dan Pemanfaatan di Bidang Pertanian. Bogor: Departemen Manajemen Sumber Daya Lahan, Fakultas Pertanian, IPB. Weitkamp J dan Puppe L. 1999. Catalysis and Zeolites: Fundamental and Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg: Germany. Yu HM, Song H, Chena ML. 2011. Dithizone immobilized silica gel on-line preconcentration of trace copper with detection by flame atomic absorption spectrometry. Talanta 85 : 625–630.

17

LAMPIRAN

18

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Zeolit Asal Lampung Preparasi Zeolit Zeolit Lolos 60 mesh Aktivasi : Pemanasan 300 ºC selama 3 jam HCl 0.02 M; NaCl 1 M Pemanasan 120 ºC selama 3 jam

Zeolit Aktif + 2.56 g difeniltiokarbazon (ditizon) dalam 400 mL etanol 96%. + 50 mL dietil eter

Zeolit Tanpa Modifikasi

Penentuan bobot ditizon Metode desorpsi termal Penentuan kadar N total Metode Kjeldahl

Zeolit Modifikasi

FTIR

Optimisasi Adsorpsi Metode Batch

pH

Waktu kontak

Konsentrasi Pb(II)

Bobot adsorben

Suhu ruang, 30, 40, 50 ºC Langmuir Isoterm adsorpsi

Freundlich Dubinin-Radushkevich

Termodinamika

ΔH, ΔS, ΔG

Mekanisme adsorpsi

19

Lampiran 2 Hasil analisis XRD zeolit alam asal Lampung sebelum dan setelah aktivasi a. Zeolit sebelum aktivasi

20

Lampiran 2 (Lanjutan) Hasil analisis XRD zeolit alam asal Lampung sebelum dan setelah aktivasi b. Zeolit setelah aktivasi

Lampiran 3 Data JCPDS heulandit

21

Lampiran 4 Hasil FTIR zeolit sebelum aktivasi

Lampiran 5 Hasil FTIR zeolit setelah diaktivasi

22

Lampiran 6 Hasil FTIR zeolit setelah dimodifikasi ditizon

Lampiran 7 Hasil FTIR ditizon

Lampiran 8 Penentuan jumlah ditizon yang teradsorpsi pada zeolit melalui metode desorpsi termal. Sebelum pemanasan Ulangan

Sampel

1 2 3

Setelah pemanasan Bobot Bobot cawan + Bobot yang sampel sampel (g) hilang (g) (g) 22.5798 0.4806 0.0206

Bobot sampel awal (g)

Bobot cawan kosong (g)

Zeolit modifikasi

0.5012

22.0992

Tanpa modifikasi Zeolit modifikasi Tanpa modifikasi Zeolit modifikasi

0.5015 0.5013 0.5015 0.5013

20.2247 22.6641 17.7701 19.0858

20.7232 23.1448 18.2691 19.5672

0.4985 0.4807 0.4990 0.4814

0.0030 0.0206 0.0025 0.0199

Tanpa modifikasi

0.5012

18.6988 Rerata

19.1972

0.4984

0.0028

% Ditizon

3.51 3.61 3.41 3.51

Contoh perhitungan: Bobot sampel setelah pemanasan = (Bobot cawan + sampel) – (bobot cawan kosong) = 22.5798 g – 22.0992 g = 0.4806 g Bobot yang hilang zeolit modifikasi (Dz)s = (Bobot sampel awal) – (Bobot sampel setelah pemanasan) = 0.5012 g – 0.4806 g = 0.0206 g Bobot yang hilang zeolit tanpa modifikasi (Dz)0 = (Bobot sampel awal) – (Bobot sampel setelah pemanasan) = 0.5015 g – 0.4985 g = 0.0030 g (Dz)s-(Dz)0

% Ditizon = Bobot sampel awal × 100% =

0.0206 g -0.0030 g 0.5012 g

23

= 3.51 %

×100%

24

Lampiran 9 Penentuan jumlah ditizon yang teradsorpsi pada zeolit melalui analisis nitrogen total metode Kjeldahl. Ulangan

Miniskus awal (mL)

Miniskus akhir (mL)

Volume titran terpakai (mL)

1 2 3

0.00 10.00 20.20

10.00 20.10 30.25

10.00 10.10 10.05

Konsentrasi HCl sebenarnya (N) 0.1000 0.0990 0.0995 0.0995

Rerata

Contoh perhitungan: Vasam oksalat × Nasam oksalat = VHCl × NHCl 10 mL × 0.1 N = 10 mL × NHCl NHCl = 0.1000 N

Titrasi Sampel Ulangan

Miniskus awal (mL)

Miniskus akhir (mL)

Volume titran terpakai (mL)

Blanko 1 2 3

0.00 0.05 0.70 1.40

0.05 0.70 1.30 2.05

0.05 0.65 0.60 0.65

Rerata

Contoh perhitungan: a-b × M

×14 ×100

HCl % Nitrogen = 1000 ×berat sampel (g)

=

0.65 – 0.05 mL × 0.0995 N × 14 g/mol × 100 1000 × 0.20 g

= 0.4179 % ~ 0.4179 g N/100 g sampel. % Nitrogen =

4 × Ar N Mr Dz

×% Kadar ditizon

Mr Dz

% Kadar Ditizon = 4 ×Ar N ×% Nitrogen % Ditizon =

256.33 g/mol 4 ×14 g/mol

= 1.9129 %

×0.4179 %

Kadar N (%)

Kadar Ditizon (%)

0.4179 0.3831 0.4179

1.9129 1.7535 1.9129

0.4063

1.8597

25

Lampiran 10 Preparasi larutan stok Pb2+ 1000 ppm Larutan stok 1000 µg/mL =

1000 µg mL

×

1000 mL 1L

×

1g 106 µg

×

1 mol 207.2 g

= 4.8263 × 10-3 M

Mol Pb2+ ~ mol Pb(NO3)2 Konsentrasi Pb(II) (M) = 4.8263 × 10-3 M = 4.8263 × 10-3 M =

mol Pb(II) volume (mL)

× 1000

bobot Pb(NO3)2 BM Pb(NO3)2

1000

× 1000 mL

bobot Pb(NO3)2 331.21 g/mol

Bobot Pb(NO3)2 = 1.5985

Lampiran 11 Tabel absorbans larutan standar Pb2+ Larutan

Konsentrasi (ppm)

Absorbans

Blanko

0.0

0.0020

Standar 1

0.3

0.0204

Standar 2

0.6

0.0340

Standar 3

1.0

0.0495

Standar 4

2.0

0.0881

Standar 5

5.0

0.1968

Standar 6

7.0

0.2767

Standar 7

10.0

0.3968

0.5 y = 0.0387x + 0.0079 R² = 0.9994

Absorbans

0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

Konsentrasi Pb(II) (ppm)

10

12

Lampiran 12 Pengaruh pH terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi

pH

Ulangan

Bobot Adsorben (gram)

Konsentrasi Awal (ppm)

1

0.2004

50

Konsentrasi Awal Terukur (ppm) 49.1481

2

0.2009

50

1 2 1 2 1 2 1

0.2008 0.2010 0.2006 0.2010 0.2007 0.2010 0.2012 0.2014

2 4 6 8 10

2 Contoh perhitungan:

Absorbans

FP

Konsentrasi Akhir (ppm)

Konsentrasi Terjerap (ppm)

%E

Q (mg/g)

0.2190

5

27.2739

21.8742

44.51

2.7288

49.1481

0.2163

5

26.9251

22.2230

45.22

2.7654

50 50 50 50 50 50 50

49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481

0.0862 0.0826 0.1046 0.1057 0.1490 0.1569 0.1649

1 1 1 1 1 1 1

2.0233 1.9302 2.4987 2.5271 3.6460 3.8501 4.0568

47.1248 47.2179 46.6494 46.6210 45.5021 45.2980 45.0913

95.88 96.07 94.92 94.86 92.58 92.17 91.75

5.8671 5.8729 5.8137 5.7986 5.6679 5.6341 5.6028

50

49.1481

0.1697

1

4.1809

44.9672

91.49

5.5818

pH : 2; Persamaan garis: y = 0.0387x + 0.0079 A : 0.2190

% Adsorpsi (%E) =

0,2190 = 0.0387x + 0.0079 =

x= 5,4548 ppm Konsentrasi akhir = x × FP = 5.4548 ppm × 5 = 27.2739 ppm

Konsentrasi Pb(II) awal 21.8742 ppm 49.1481 ppm

Rerata %E

2.7471

44.86

5.8700

95.98

5.8062

94.89

5.6510

92.37

5.5923

91.62

× 100%

× 100%

= 44.51 Kapasitas adsorpsi (Q) : Q (mg/g) =

V ( Konsentrasi awal-Konsentrasi akhir) m adsorben

Konsentrasi terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir = 49.1481 ppm – 27.2739 ppm

Konsentrasi Pb(II) terjerap

Rerata Q (mg/g)

=

25 mL ( 49.1481 ppm-21.8742 ppm)

= 2.7288

1000 mL ppm

26

= 21.8742 ppm

0.2004 g

mg

×

Lampiran 13 Pengaruh pH terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon

pH

Ulangan



1

0.2008

50


2 1 2

0.2010 0.2012 0.2014

50 50 50

1 2 1 2 1

0.2012 0.2014 0.2016 0.2016 0.2012 0.2014

2 4 6 8 10


Absorbans

FP



%E

Q (mg/g)

0.3368

2,5

21.2468

27.9013

56.77

3.4738

49.1481 49.1481 49.1481

0.3321 0.5966 0.5184

2,5 1 1

20.9432 15.2119 13.1912

28.2049 33.9362 35.9569

57.39 69.05 73.16

3.5081 4.2167 4.4634

50 50 50 50 50

49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481

0.0144 0.0148 0.0254 0.0264 0.1046

1 1 1 1 1

0.1680 0.1783 0.4522 0.4780 2.4987

48.9801 48.9698 48.6959 48.6701 46.6494

99.66 99.64 99.08 99.03 94.92

6.0860 6.0787 6.0387 6.0355 5.7964

50

49.1481

0.1057

1

2.5271

46.6210

94.86

5.7871

pH : 2; Persamaan garis: y = 0.0387x + 0.0079 A : 0.3368

% Adsorpsi (%E) =

0.3368 = 0.0387x + 0.0079

=

x= 8.4987 ppm

= 21.2468 ppm

27.9013 ppm 49.1481 ppm

3.4909

57.08

4.3400

71.10

6.0823

99.65

6.0371

99.05

5.7918

94.89

× 100%

× 100%

Kapasitas adsorpsi (Q) : Q (mg/g) =



Konsentrasi Pb(II) awal

Rerata %E

= 56.77

Konsentrasi akhir = x × FP = 8.4987 ppm × 2.5


Rerata Q (mg/g)

=

25 mL ( 49.1481 ppm-21.2468 ppm)

= 3.4738

1000 mL ppm

27

= 27.9013 ppm

0.2008 g

mg

×

Lampiran 14 Pengaruh bobot adsorben terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon Bobot Adsorben (gram)

Ulangan


1 2 1 2 1 2 1 2 1

0.0512 0.0511 0.1012 0.1008 0.2009 0.2007 0.3002 0.3005 0.5009

0.05 0.10 0.20 0.30 0.50

2 0.5006 Contoh perhitungan:

pH

6.00 6.00 6.00 6.00 6.00

Konsentrasi Awal Terukur (ppm)

Absorbans



Massa Pb(II) terjerap (mg)

49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481

0.2716 0.2710 0.0810 0.0790 0.0196 0.0190 0.0176 0.0189 0.0162

6.8140 6.7984 1.8889 1.8372 0.3023 0.2868 0.2506 0.2842 0.2145

42.3341 42.3497 47.2592 47.3109 48.8458 48.8613 48.8975 48.8639 48.9336

1.0584 1.0587 1.1815 1.1828 1.2211 1.2215 1.2224 1.2216 1.2233

49.1481

0.0157

0.2016

48.9465

1.2237

Bobot zeolit: 0.05 g; Persamaan garis: y = 0.0387x + 0.0079 A : 0.2716

Rerata Pb(II) terjerap (mg) 1.0585 1.1821 1.2213 1.2220 1.2235

Q (mg/g) 21.1671 21.1748 11.8148 11.8277 6.1057 6.1077 4.0748 4.0720 2.4467 2.4473

Rerata Q (mg/g)

%E

21.1709 11.8213 6.1067 4.0734 2.4470

99.59

96.21 99.40 99.46 99.58

1000 mL ppm

mg

= 25 mL × 42.3341 ppm ×

Konsentrasi akhir = x × FP = 6.8140 ppm × 1

86.15

mg

Pb(II) yang terjerap (mg) = V × Konsentrasi terjerap (ppm) ×

0.2716 = 0.0387x + 0.0079 x= 6.8140 ppm

86.14 86.17 96.16 96.26 99.38 99.42 99.49 99.42 99.56

Rerata %E

1000 mL ppm

= 1.0584

= 6.8140 ppm Konsentrasi terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir = 49.1481 ppm – 6.8140 ppm

28

= 42.3341 ppm

Lampiran 15 Pengaruh waktu kontak terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit tanpa modifikasi Waktu (menit) 15 30 60 90 120

Ulangan


pH


1 2 1 2 2 3 1 2 2

0,2009 0.2013 0.2013 0.2015 0.2010 0.2010 0.2011 0.2016 0.2009

4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00

50 50 50 50 50 50 50 50 50

Konsentrasi Awal Terukur (ppm) 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481

0.2013

4.00

50

49.1481


Waktu: 15 menit; Persamaan garis: y = 0.0387x + 0.0079 A : 0.1432

Absorbans



%E

Q (mg/g)

0.1432 0.1407 0.0327 0.0302 0.0225 0.0302 0.0553 0.0628 0.0905

3.4961 3.4315 0.6408 0.5762 0.3773 0.5762 1.2248 1.4186 2.1344

45.6520 45.7166 48.5073 48.5719 48.7708 48.5719 47.9233 47.7295 47.0137

92.89 93.02 98.70 98.83 99.23 98.83 97.51 97.11 95.66

5.6809 5.6777 6.0243 6.0263 6.0660 6.0413 5.9576 5.9188 5.8504

0.1030

2.4574

46.6907

95.00

5.7987

% Adsorpsi (%E) =

0.1432= 0.0387x + 0.0079 =

x= 3.4961 ppm Konsentrasi akhir = x × FP = 3.4961 ppm × 1 = 3.4961 ppm

Konsentrasi Pb(II) awal 45.6520 ppm 49.1481 ppm

Rerata %E

5.6793

92.95

6.0253

98.76

6.0537

99.03

5.9382

97.31

5.8245

95.33

× 100%

× 100%

= 92,89 Kapasitas adsorpsi (Q) : Q (mg/g) =




Rerata Q (mg/g)

=

25 mL ( 49.1481 ppm-45.6520 ppm)

= 5.6809

×

1000 mL ppm

29

= 45.6520 ppm

0,2009 g

mg

Lampiran 16 Pengaruh waktu kontak terhadap penjerapan Pb(II) oleh zeolit modifikasi ditizon Waktu (menit) 15 30 60 90 120

Ulangan


pH


1 2 1 2 2 3 1 2 2

0.2016 0.2015 0.2015 0.2015 0.2010 0.2014 0.2013 0.2013 0.2012

6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00

50 50 50 50 50 50 50 50 50

Konsentrasi Awal Terukur (ppm) 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481 49.1481

0.2008

6.00

50

49.1481


Waktu: 15 menit; Persamaan garis: y = 0.0387x + 0.0079 A : 0.0189

Absorbans



%E

Q (mg/g)

0.0189 0.0209 0.0175 0.0144 0.0144 0.0148 0.0188 0.0218 0.0225

0.2842 0.3359 0.2481 0.1680 0.1680 0.1783 0.2817 0.3592 0.3773

48.8639 48.8122 48.9000 48.9801 48.9801 48.9698 48.8664 48.7889 48.7708

99.42 99.32 99.50 99.66 99.66 99.64 99.43 99.27 99.23

6.0595 6.0561 6.0670 6.0769 6.0921 6.0787 6.0689 6.0592 6.0600

0.0302

0.5762

48.5719

98.83

6.0473

% Adsorpsi (%E) =

0.0189= 0.0387x + 0.0079

=

x= 0.2842 ppm

Konsentrasi Pb(II) terjerap Konsentrasi Pb(II) awal 48.8639 ppm 49.1481 ppm

= 0.2842 ppm × 1

Kapasitas adsorpsi (Q) :

= 0.2842 ppm

Q (mg/g) =

6.0578

99.37

6.0720

99.58

6.0854

99.65

6.0640

99.35

6.0536

99.03

× 100%

× 100%


Konsentrasi terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir =

25 mL ( 49.1481 ppm-48.86392 ppm)

= 6.0595

0.2016 g

mg

×

1000 mL ppm

30

= 48.8639 ppm

Rerata %E

= 99.42

Konsentrasi akhir = x × FP

= 49.1481 ppm - 0.2842 ppm

Rerata Q (mg/g)

Lampiran 17 Pengaruh konsentrasi awal larutan Pb(II) terhadap adsorpsi oleh zeolit tanpa modifikasi pada suhu ruang Konsentrasi awal (ppm) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Ulangan


pH

1

0.2008

4.00


2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

0.2010 0.2012 0.2012 0.2007 0.2011 0.2014 0.2016 0.2009 0.2010 0.2012 0.2012 0.2017 0.2015 0.2006 0.2007 0.2018 0.2017 0.2009

4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00

2

0.2013

4.00

Absorbans

FP



%E

Q (mg/g)

0.0862

1.00

2.0233

47.1248

95.88

5.8671

49.1481 93.9912 93.9912 146.7664 146.7664 187.0709 187.0709 280.6922 280.6922 326.0957 326.0957 363.8540 363.8540 385.4806 385.4806 463.2552 463.2552 516.7568

0.0826 0.0390 0.0358 0.1477 0.1482 0.0637 0.0672 0.0824 0.0790 0.2497 0.2519 0.3437 0.3456 0.3177 0.3183 0.5183 0.5278 0.3446

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 25.00 25.00 50.00 50.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 50.00

1.9302 0.8036 0.7209 3.6124 3.6253 36.0465 38.3075 96.2532 91.8605 156.2016 157.6227 216.9251 218.1525 200.1292 200.5168 329.7158 335.8527 435.0129

47.2179 93.1876 93.2703 143.1540 143.1411 151.0244 148.7634 184.4390 188.8317 169.8941 168.4730 168.5555 167.3281 163.7248 163.3372 133.5394 127.4025 81.7439

96.07 99.15 99.23 97.54 97.53 80.73 79.52 65.71 67.27 52.10 51.66 43.73 43.41 45.00 44.89 28.83 27.50 15.82

5.8729 11.5790 11.5892 17.8318 17.7948 18.7468 18.4478 22.9516 23.4865 21.1101 20.9335 20.8919 20.7603 20.4044 20.3459 16.5435 15.7911 10.1722

516.7568

0.3407

50.00

429.9742

86.7826

16.79

10.7778

Rerata Q (mg/g)

Rerata % E

5.8700

95.98

11.5841

99.19

17.8133

97.53

18.5973

80.13

23.2191

66.49

21.0218

51.88

20.8261

43.57

20.3752

44.94

16.1673

28.16

10.4750

16.31

31

32

Lampiran 17 (Lanjutan) Pengaruh konsentrasi awal larutan Pb(II) terhadap adsorpsi oleh zeolit tanpa modifikasi pada suhu ruang

Contoh perhitungan: Zeolit tanpa modifikasi, konsentrasi awal 50 ppm Persamaan garis: A : 0.0862

y = 0.0387x + 0.0079

0.0862= 0.0387x + 0.0079 x= 2.0233 ppm

Konsentrasi akhir = x × FP = 2.0233 ppm × 1 = 2.0233 ppm

Konsentrasi terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir = 49.1481 ppm – 2.0233 ppm = 47.1248 ppm

% Adsorpsi (%E) =

Konsentrasi Pb(II) terjerap Konsentrasi Pb(II) awal

× 100%

47.1248 ppm

= 49.1481 ppm × 100% = 95.88

Kapasitas adsorpsi (Q) : Q (mg/g) = =

V ( Konsentrasi awal-Konsentrasi akhir) m adsorben 25 mL ( 49.1481 ppm-47.1248 ppm)

= 5.8671

0.2009 g

mg

×

1000 mL ppm

Lampiran 18 Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) terhadap adsorpsi oleh zeolit modifikasi ditizon pada suhu ruang Konsentrasi awal (ppm) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Ulangan


pH

1

0.2010

6.00


2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

0.2014 0.2012 0.2013 0.2012 0.2012 0.2017 0.2015 0.2012 0.2013 0.2006 0.2007 0.2011 0.2010 0.2009 0.2013 0.2012 0.2012 0.2018

6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00

2

0.2017

6.00

Absorbans

FP



%E

Q (mg/g)

0.0144

1.00

0.1680

48.9801

99.66

6.0921

49.1481 93.9912 93.9912 146.7664 146.7664 187.0709 187.0709 280.6922 280.6922 326.0957 326.0957 363.8540 363.8540 385.4806 385.4806 463.2552 463.2552 516.7568

0.0148 0.0324 0.0314 0.0542 0.0543 0.1145 0.1045 0.0790 0.0824 0.0456 0.1032 0.2383 0.2333 0.1422 0.1388 0.4142 0.4105 0.5239

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 50.00 50.00 100.00 50.00 25.00 25.00 50.00 50.00 25.00 25.00 25.00

0.1783 0.6331 0.6072 1.1964 1.1990 2.7545 2.4961 91.8605 96.2532 97.4160 123.1266 148.8372 145.6072 173.5142 169.1214 262.4677 260.0775 333.3333

48.9698 93.3581 93.3840 145.5700 145.5674 184.3164 184.5748 188.8317 184.4390 228.6797 202.9691 215.0168 218.2468 211.9664 216.3592 200.7875 203.1777 183.4235

99.64 99.33 99.35 99.18 99.18 98.53 98.67 67.27 65.71 70.13 62.24 59.09 59.98 54.99 56.13 43.34 43.86 35.50

6.0787 11.6002 11.5976 18.0877 18.0874 22.8454 22.9001 23.4632 22.9060 28.4995 25.2826 26.7301 27.1451 26.3771 26.8702 24.9487 25.2457 22.7234

516.7568

0.5257

25.00

334.4961

182.2607

35.27

22.5906

Rerata Q (mg/g)

Rerata %E

6.0854

99.65

11.5989

99.34

18.0876

99.18

22.8727

98.60

23.1846

66.49

26.8911

66.18

26.9376

59.54

26.6237

55.56

25.0972

43.60

22.6570

35.38

33

34

Lampiran 18 (Lanjutan) Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) terhadap adsorpsi oleh zeolit modifikasi ditizon pada suhu ruang

Contoh perhitungan: Zeolit modifikasi ditizon, konsentrasi awal 50 ppm Persamaan garis: A : 0.0144

y = 0.0387x + 0.0079

0.0144 = 0.0387x + 0.0079 x= 0.1680 ppm

Konsentrasi akhir = x × FP = 0.1680 ppm × 1 = 0.1680 ppm

Konsentrasi terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir = 49.1481 ppm – 0.1680 ppm = 48.9801 ppm

% Adsorpsi (%E) =

Konsentrasi Pb(II) terjerap Konsentrasi Pb(II) awal

× 100%

48.9801 ppm

= 49.1481 ppm × 100% = 99.66

Kapasitas adsorpsi (Q) : Q (mg/g) = =

V ( Konsentrasi awal-Konsentrasi akhir) m adsorben 25 mL ( 49.1481 ppm-48.9801 ppm)

= 6.0921

0.2010 g

mg

×

1000 mL ppm

Lampiran 19 Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) pada suhu 30, 40, 50 ºC Sampel

Zeolit tanpa modifikasi, suhu 30 ºC

Zeolit modifikasi ditizon, suhu 30 ºC

50

Bobot Adsorben (gram) 0.2010

4.00


1.00

Konsentrasi Akhir (ppm) 2.0233

Konsentrasi Terjerap (ppm) 47.1248

100

0.2007

4.00

0.2460

1.00

6.1525

150

0.2005

146.7664

0.1477

12.50

200

4.00

187.0709

0.1860

0.2008

4.00

280.6922

300

0.2004

4.00

350

0.2006

400

0.2008

Konsentrasi (ppm)

% Adsorpsi

Q (mg/g)

95.88

5.8613

87.8387

93.45

10.9415

45.1550

101.6114

69.23

12.6697

12.50

57.5258

129.5451

69.25

16.1770

0.2664

12.50

83.4948

197.1974

70.25

24.5515

326.0957

0.4532

12.50

143.8307

182.2650

55.89

22.7376

4.00

363.8540

0.2437

25.00

152.3256

211.5284

58.14

26.3620

4.00

385.4806

0.3454

25.00

218.0233

167.4573

43.44

20.8488

pH

Absorbans

FP

0.0862

93.9912

4.00

0.2002

250

450

0.2004

4.00

463.2552

0.5183

25.00

329.7158

133.5394

28.83

16.6591

500

0.2002

4.00

516.7568

0.2366

50.00

295.4780

221.2788

42.82

27.6322

50

0.2010

6.00

49.1481

0.0144

1.00

0.1680

48.9801

99.66

6.1133

100

0.2003

6.00

93.9912

0.0423

1.00

0.8889

93.1023

99.05

11.6204

150

0.2012

6.00

146.7664

0.0542

12.50

14.9548

131.8116

89.81

16.3782

200

0.2005

6.00

187.0709

0.0770

12.50

22.3191

164.7518

88.07

20.5426

250

0.2012

6.00

280.6922

0.0790

12.50

22.9651

257.7271

91.82

32.0237

300

0.2003

6.00

326.0957

0.2452

12.50

76.6473

249.4484

76.50

31.1344

350

0.2011

6.00

363.8540

0.2383

25.00

148.8372

215.0168

59.09

26.7301

400

0.2003

6.00

385.4806

0.2540

25.00

158.9793

226.5013

58.76

28.2703

450

0.2012

6.00

463.2552

0.4142

25.00

262.4677

200.7875

43.34

24.9487

500

0.2010

6.00

516.7568

0.1786

50.00

220.5426

296.2142

57.32

36.8426

35

Lampiran 19 (Lanjutan) Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) pada suhu 30, 40, 50 ºC




50

0.2008

6.00

49.1481

0.0020

1.00

-0.1525

49.3006

100.31

6.1380

100

0.2007

6.00

93.9912

0.2774

1.00

6.9638

87.0274

92.59

10.8405

150

0.2002

6.00

146.7664

0.0292

12.50

6.8798

139.8866

95.31

17.4684

200

0.2010

6.00

187.0709

0.1641

12.50

50.4522

136.6187

73.03

16.9924

250

0.2005

6.00

280.6922

0.2572

25.00

161.0465

119.6457

42.63

14.9184

300

0.2008

6.00

326.0957

0.3734

12.50

118.0556

208.0401

63.80

25.9014

350

0.2003

6.00

363.8540

0.2534

25.00

158.5917

205.2623

56.41

25.6194

400

0.2003

6.00

385.4806

0.2876

25.00

180.6848

204.7958

53.13

25.5611

450

0.2007

6.00

463.2552

0.1869

50.00

231.2661

231.9891

50.08

28.8975

500

0.2002

6.00

516.7568

0.2126

50.00

264.4703

252.2865

48.82

31.5043

50

0.2010

4.00

49.1481

0.0009

1.00

-0.1809

49.3290

100.37

6.1354

100

0.2005

4.00

93.9912

0.0250

1.00

0.4419

93.5493

99.53

11.6645

0.2008

4.00

146.7664

0.1622

1.00

3.9871

142.7793

97.28

17.7763

0.2005

4.00

187.0709

0.0440

12.50

11.6602

175.4107

93.77

21.8717

250

0.2008

4.00

280.6922

0.1216

25.00

73.4496

207.2426

73.83

25.8021

300

0.2011

4.00

326.0957

0.1758

12.50

54.2313

271.8644

83.37

33.7972

350

0.2006

4.00

363.8540

0.1611

25.00

98.9664

264.8876

72.80

33.0119

400

0.2011

4.00

385.4806

0.1882

25.00

116.4729

269.0077

69.79

33.4420

450

0.2007

4.00

463.2552

0.1391

50.00

169.5090

293.7462

63.41

36.5902

500

0.2005

4.00

516.7568

0.1575

50.00

193.2817

323.4751

62.60

40.3336

50 100 150 200

0.2007 0.2009 0.2007 0.2007

6.00 6.00 6.00 6.00

49.1481 93.9912 146.7664 187.0709

0.0020 0.1575 0.0301 0.0948

1.00 1.00 12.50 12.50

-0.1525 3.8656 7.1705 28.0685

49.3006 90.1256 139.5959 159.0024

100.31 95.89 95.11 85.00

6.1411 11.2152 17.3886 19.8060

36

150 200

Lampiran 19 (Lanjutan) Pengaruh konsentrasi larutan Pb(II) pada suhu 30, 40, 50 ºC


250 300 350 400 450 500

0.2004 0.2003 0.2011 0.2013 0.2008 0.2010

6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00

280.6922 326.0957 363.8540 385.4806 463.2552 516.7568

0.0957 0.2837 0.2088 0.2754 0.1382 0.1960

25.00 12.50 25.00 25.00 50.00 50.00

56.7183 89.0827 129.7804 172.8036 168.3463 243.0233

223.9739 237.0130 234.0736 212.6770 294.9089 273.7335

79.79 72.68 64.33 55.17 63.66 52.97

27.9409 29.5823 29.0992 26.4129 36.7168 34.0465

50

0.2002

4.00

49.1481

0.0010

1.00

-0.1783

49.3264

100.36

6.1596

100

0.2009

4.00

93.9912

0.0224

1.00

0.3747

93.6165

99.60

11.6496

150

0.2004

4.00

146.7664

0.1019

1.00

2.4289

144.3375

98.35

18.0062

200

0.2011

4.00

187.0709

0.0195

12.50

3.7468

183.3241

98.00

22.7902

250

0.2007

4.00

280.6922

0.0712

25.00

40.8915

239.8007

85.43

29.8705

300

0.2007

4.00

326.0957

0.1344

12.50

40.8592

285.2365

87.47

35.5302

350

0.2004

4.00

363.8540

0.1235

25.00

74.6770

289.1770

79.48

36.0750

400

0.2007

4.00

385.4806

0.1936

25.00

119.9612

265.5194

68.88

33.0742

450

0.2005

4.00

463.2552

0.1168

50.00

140.6977

322.5575

69.63

40.2191


0.2006

4.00

516.7568

0.1531

50.00

187.5969

329.1599

63.70

41.0219

Zeolit modifikasi; 100; 50 ºC Persamaan garis: y = 0.0387x + 0.0079 A : 0.0224

% Adsorpsi (%E) =

0.0224= 0.0387x + 0.0079 x= 0.3747 ppm

Konsentrasi akhir = x × FP

=

Q (mg/g) =

Konsentrasi terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir

93.6165

ppm

93.9912

ppm

× 100%

× 100% = 99.60

=

V ( Konsentrasi awal-Konsentrasi akhir) m adsorben 25 mL ( 93.9912 ppm – 0.3747 ppm ) 0.2009 g

mg

×

1000 mL = 11.6496 ppm

37

= 93.9912 ppm – 0.3747 ppm = 93.6165 ppm

Konsentrasi Pb(II) awal

Kapasitas adsorpsi (Q) :

= 0.3747 ppm × 1 = 0.3747 ppm


Lampiran 20 Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu ruang Sampel

C awal (ppm)

C awal terukur (ppm)

*C akhir

C teradsorpsi (ppm)

m (g)

50

49.1481

1.9767

47.1714

0.2009

100


0.7623

93.2289

0.2012

1.9767 0.7623

11.5841

Freundlich Ce/Qe (mg/g) 0.3367 0.0658

Dubinin-Radushkevich ε2

log Ce

log Qe

ε

0.2959

0.7686

1.02 × 103

1.05 × 106

1.77

1.0639

3

6

2.45

-0.1179

2.10 × 10

2

ln Qe

4.40 × 10

5

150

146.7664

3.6189

143.1475

0.2009

3.6189

17.8133

0.2032

0.5586

1.2507

6.11 × 10

3.73 × 10

2.88

200

187.0709

37.1770

149.8939

0.2015

37.1770

18.5973

1.9991

1.5703

1.2694

66.43

4.41 × 103

2.92

250

280.6922

94.0569

186.6353

0.2010

94.0569

23.2133

4.0518

1.9734

1.3657

26.47

7.01 × 102

3.14

15.90

2

3.05

2

2.90

2

300 350

326.0957 363.8540

156.9121 217.5388

169.1836 146.3152

0.2012 0.2016

156.9121 217.5388

21.0218 18.1442

7.4642 11.9894

2.1957 2.3375

1.3227 1.2587

2.53 × 10

11.48

1.32 × 10

400

385.4806

200.3230

185.1576

0.2007

200.3230

23.0640

8.6855

2.3017

1.3629

12.46

1.55 × 10

3.14

450

463.2552

332.7842

130.4710

0.2018

332.7842

16.1634

20.5887

2.5222

1.2085

7.51

56.39

2.78

500

516.7568

432.4935

84.2633

0.2011

432.4935

10.4753

41.2870

2.6360

1.0202

5.78

33.41 3

2.35 7

50

49.1481

0.1731

48.9750

0.2012

0.1731

6.0854

0.0284

-0.7617

0.7843

4.79 × 10

2.29 × 10

1.81

100

93.9912

0.6202

93.3710

0.2013

0.6202

11.5960

0.0535

-0.2075

1.0643

2.40 × 103

5.78 × 106

2.45

1.2574

3

6

2.90

5

3.13

2

3.14

2

3.29

2

3.29

2

3.28

150 200 Zeolit modifikasi ditizon

93.9912

Ce

Langmuir Qe (mg/g) 5.8700

250 300 350 400

146.7664 187.0709 280.6922 326.0957 363.8540 385.4806

1.1977 2.6253 94.0568 110.2713 147.2222 171.3178

145.5687 184.4456 186.6354 215.8244 216.6318 214.1628

0.2012 0.2016 0.2013 0.2007 0.2011 0.2011

1.1977 2.6253 94.0568 110.2713 147.2222 171.3178

18.0876 22.8727 23.1788 26.8840 26.9309 26.6239

0.0662 0.1148 4.0579 4.1018 5.4667 6.4347

0.0783 0.4192 1.9734 2.0425 2.1680 2.2338

1.3593 1.3651 1.4295 1.4303 1.4253

1.52 × 10

2

8.08 × 10 26.47 22.59 16.94 14.57

2.31 × 10 6.52 × 10 7.01 × 10 5.10 × 10 2.87 × 10 2.12 × 10

450

463.2552

261.2726

201.9826

0.2012

261.2726

25.0972

10.4104

2.4171

1.3996

9.56

91.40

3.22

500

516.7568

333.9147

182.8421

0.2018

333.9147

22.6514

14.7415

2.5236

1.3551

7.48

56.01

3.12

38

Lampiran 20 (Lanjutan) Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu ruang ε = RT ln (1 +

Zeolit modifikasi ditizon, konsentrasi awal 200 ppm

1 ) Ce

Ce = Konsenrasi akhir (ppm) ε = (8.31451 J/K mol) (301 K) ln (1 +

C terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir

ε2 = (8.08 × 102)2 = 6.52 × 105

= 187.0709 ppm – 2.6253 ppm = 184.4456 ppm Qe (mg/g) = =

1 ) = 8.08 × 102 2.6253 Ce

Persamaan Freundlich

: log Qe = log Kf + n log Ce

Persaman Dubinin-Radushkevich

: ln Qe = ln QDR + K

Kl Qm

+

Ce

:

Qe

=

1

Persamaan Langmuir

Qm


25 mL (187.0709 ppm-2.6253 ppm) 0.2016 g

1

mg

×

1000 mL ppm

= 22.8727

Langmuir

Freundlich

y = 0.0813x - 2.3427 R² = 0.8949

Ce/Qe

30 20

y = 0.0420x - 0.1645 R² = 0.9913

10

log Qe

40

0 -10

0

200

400

600

-1

y = 0.1388x + 1.1082 R² = 0.6962

1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

ln Qe

50

Dubinin-Radushkevich

y = 0.0935x + 1.0370 R² = 0.2542

0

1

2

3

3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

y = -6 × 10-8x + 3.164 R² = 0.905 y = -1 × 10-7x + 2.813 R² = 0.172

0.00E+00 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 ε2

Ce log Ce

Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

39

Lampiran 21 Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 30 ºC Sampel

C awal (ppm)


*C akhir

C teradsorpsi (ppm)

m (g)

50

49.1481

2.0233

47.1248

0.2010

100


6.1525

87.8387

0.2007

2.0233 6.1525

10.9415

Freundlich Ce/Qe (g/L) 0.3452 0.5623

Dubinin-Radushkevich ε2

log Ce

log Qe

ε

0.3061

0.7680

1.01 × 103

1.02 × 106

1.77

1.0391

2

5

2.39

0.7890

3.79 × 10

ln Qe

1.44 × 10

3

150

146.7664

45.1550

101.6114

0.2005

45.1550

12.6697

3.5640

1.6547

1.1028

55.18

3.05 × 10

2.54

200

187.0709

57.5258

129.5451

0.2002

57.5258

16.1770

3.5560

1.7599

1.2089

43.42

1.89 × 103

2.78

250

280.6922

83.4948

197.1974

0.2008

83.4948

24.5515

3.4008

1.9217

1.3901

29.99

9.00 × 102

3.20

17.46

2

3.12

2

3.27

2

300 350

326.0957 363.8540

143.8307 152.3256

182.2650 211.5284

0.2004 0.2006

143.8307 152.3256

22.7376 26.3620

6.3257 5.7782

2.1579 2.1828

1.3567 1.4210

3.05 × 10

16.48

2.72 × 10

400

385.4806

218.0233

167.4573

0.2008

218.0233

20.8488

10.4574

2.3385

1.3191

11.53

1.33 × 10

3.04

450

463.2552

329.7158

133.5394

0.2004

329.7158

16.6591

19.7919

2.5181

1.2217

7.63

58.21

2.81

500

516.7568

295.4780

221.2788

0.2002

295.4780

27.6322

10.6932

2.4705

1.4414

8.51

72.45 3

3.32 7

50

49.1481

0.1680

48.9801

0.2010

0.1680

6.0921

0.0276

-0.7748

0.7848

4.89 × 10

2.39 × 10

1.81

100

93.9912

0.8889

93.1023

0.2003

0.8889

11.6204

0.0765

-0.0512

1.0652

1.90 × 103

3.61 × 106

2.45

1.2143

2

4

2.80

4

3.02

4

3.47

3

3.44

2

3.29

2

3.34


93.9912

Ce

Langmuir Qe (mg/g) 5.8613

250 300 350 400

146.7664 187.0709 280.6922 326.0957 363.8540 385.4806

14.9548 22.3191 22.9651 76.6473 148.8372 158.9793

131.8116 164.7518 257.7271 249.4484 215.0168 226.5013

0.2012 0.2005 0.2012 0.2003 0.2011 0.2003

14.9548 22.3191 22.9651 76.6473 148.8372 158.9793

16.3782 20.5426 32.0237 31.1344 26.7301

0.9131 1.0865 0.7171 2.4618 5.5682

28.2703

5.6236

1.1748 1.3487 1.3611 1.8845 2.1727 2.2013

1.3127 1.5055 1.4932 1.4270 1.4513

1.63 × 10

2

1.10 × 10

2

1.07 × 10 32.66 16.87 15.80

2.66 × 10 1.22 × 10 1.15 × 10 1.07 × 10 2.85 × 10 2.50 × 10

450

463.2552

262.4677

200.7875

0.2012

262.4677

24.9487

10.5203

2.4191

1.3970

9.58

91.78

3.22

500

516.7568

220.5426

296.2142

0.2010

220.5426

36.8426

5.9861

2.3435

1.5663

11.40

1.30 × 102

3.61

40

Lampiran 21 (Lanjutan) Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 30 ºC Ce = Konsentrasi akhir (ppm)

ε = RT ln (1 +

1 ) Ce

Zeolit modifikasi ditizon, konsentrasi awal 200 ppm ε = (8.31451 J/K mol) (303 K) ln (1 +

C terjerap (Ce) = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir

Qe (mg/g) = =

1 22.3191

) = 1.10 × 102

= 187.0709 ppm – 22.3191 ppm

ε2 = (1.10 × 102)2 = 1.22 × 104

= 164.7518 ppm

Persamaan Langmuir

:





Ce Qe

=

1 Kl Q m

+

Ce Qm


25 mL (187.0709 ppm- 22.3191 ppm) 0.2005 g

1

mg

×

1000 mL ppm

= 20.5426

Langmuir

15 10

y = 0.0348x + 0.0684 R² = 0.9524

5

log Qe

Ce/Qe

y = 0.0477x + 0.0922 R² = 0.8917

0 0

100

200

300

400

Ce Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

-1

y = 0.2073x + 1.0299 R² = 0.8466

1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

ln Qe

25 20


Freundlich

y = 0.2540x + 0.7671 R² = 0.7830

0

1

2

3

4.00 3.50 3.00 y = -6 × 10-8x + 3.215 2.50 R² = 0.713 2.00 1.50 y = -1 × 10-6x + 2.969 1.00 R² = 0.667 0.50 0.00 0.00E+00 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 ε2

log Ce Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

41


C awal (ppm)


*C akhir

C teradsorpsi (ppm)

m (g)

50

49.1481

-0.1525

49.3006

0.2008

100


6.9638

87.0274

0.2007

6.9638

10.8405

Freundlich Ce/Qe (g/L) -0.0248 0.6424


log Ce

log Qe

ε

#NUM!

0.7880

#NUM!

0.8428

1.0350

ε2

ln Qe

#NUM! 2

3.49 × 10

2

1.81 5

1.22 × 10

5

2.38

150

146.7664

6.8798

139.8866

0.2002

6.8798

17.4684

0.3938

0.8376

1.2423

3.53 × 10

1.25 × 10

2.86

200

187.0709

50.4522

136.6187

0.2010

50.4522

16.9924

2.9691

1.7029

1.2303

51.08

2.61 × 103

2.83

250

280.6922

161.0465

119.6457

0.2005

161.0465

14.9184

10.7951

2.2070

1.1737

16.11

2.60 × 102

2.70

21.95

2

3.25

2

3.24

2

3.24

2

300 350 400

326.0957 363.8540 385.4806

118.0556 158.5917 180.6848

208.0401 205.2623 204.7958

0.2008 0.2003 0.2003

118.0556 158.5917 180.6848

25.9014 25.6194 25.5611

4.5579 6.1903 7.0687

2.0721 2.2003 2.2569

1.4133 1.4086 1.4076

4.82 × 10

16.36

2.68 × 10

14.36

2.06 × 10

450

463.2552

231.2661

231.9891

0.2007

231.2661

28.8975

8.0030

2.3641

1.4609

11.23

1.26 × 10

3.36

500

516.7568

264.4703

252.2865

0.2002

264.4703

31.5043

8.3947

2.4224

1.4984

9.82

96.46

3.45

50

49.1481

-0.1809

49.3290

0.2010

-0.1809

6.1354

-0.0295

#NUM!

0.7878

#NUM!

#NUM!

1.81

100

93.9912

0.4419

93.5493

0.2005

0.4419

11.6645

0.0379

-0.3547

1.0669

3.08 × 103

9.47 × 106

2.46

1.2498

2

5

2.88

4

3.09

3

3.25

3

3.52

2

3.50

2

3.51


93.9912

Langmuir Qe Ce (mg/g) -0.1525 6.1380

250 300 350 400

146.7664 187.0709 280.6922 326.0957 363.8540 385.4806

3.9871 11.6602 73.4496 54.2313 98.9664 116.4729

142.7793 175.4107 207.2426 271.8644 264.8876 269.0077

0.2008 0.2005 0.2008 0.2011 0.2006 0.2011

3.9871 11.6602 73.4496 54.2313 98.9664 116.4729

17.7763 21.8717 25.8021 33.7972 33.0119 33.4420

0.2243 0.5331 2.8467 1.6046 2.9979 3.4828

0.6007 1.0667 1.8660 1.7342 1.9955 2.0662

1.3399 1.4117 1.5289 1.5187 1.5243

5.82 × 10

2

2.14 × 10 35.19 47.55 26.16 22.25

3.39 × 10 4.59 × 10 1.24 × 10 2.26 × 10 6.85 × 10 4.95 × 10

2

450

463.2552

169.5090

293.7462

0.2007

169.5090

36.5902

4.6326

2.2292

1.5634

15.31

2.34 × 10

3.60

500

516.7568

193.2817

323.4751

0.2005

193.2817

40.3336

4.7921

2.2862

1.6057

13.43

1.80 × 102

3.70

42

Lampiran 22 (Lanjutan) Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 40 ºC Zeolit modifikasi ditizon, konsentrasi awal 200 ppm

ε = RT ln (1 +

1 ) Ce

Ce = Konsentrasi akhir (ppm) ε = (8.31451 J/K mol) (313 K) ln (1 +

C terjerap = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir

ε2 = (2.14 × 102)2 = 4.59 × 104

= 187.0709 ppm – 11.6602 ppm = 175.4107 ppm Qe (mg/g) = =

1 ) = 2.14 × 102 11.6602 Ce





Kl Qm

+

Ce

:

Qe

=

1

Persamaan Langmuir

Qm


25 mL (187.0709 ppm- 11.6602 ppm) 0.2005 g

1

mg

×

1000 mL ppm

= 21.8717

Langmuir y = 0.0338x + 1.0235 R² = 0.7726

8 log Qe

Ce/Qe

10 6 4

y = 0.0255x + 0.3051 R² = 0.9688

2 0 0

100

200

300

Ce Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

-1.0

y = 0.1930x + 1.1340 R² = 0.9538

1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

ln Qe

12


Freundlich

y = 0.1893x + 0.9633 R² = 0.5789

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0 3.5 y = -1 × 10-7x + 3.386 3.0 R² = 0.604 2.5 y = -4 × 10-6x + 3.158 2.0 R² = 0.434 1.5 1.0 0.5 0.0 0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 ε2


Modifikasi ditizon

Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

43


C awal (ppm)


*C akhir

C teradsorpsi (ppm)

m (g)

50

49.1481

-0.1525

49.3006

0.2007

100


3.8656

90.1256

0.2009

3.8656

11.2152

Freundlich Ce/Qe (g/L) -0.0248 0.3447


log Ce

log Qe

ε

#NUM!

0.7882

#NUM!

0.5872

1.0498

ε2

ln Qe

#NUM! 2

6.18 × 10

2

1.81 5

3.82 × 10

5

2.42

150

146.7664

7.1705

139.5959

0.2007

7.1705

17.3886

0.4124

0.8556

1.2403

3.51 × 10

1.23 × 10

2.86

200

187.0709

28.0685

159.0024

0.2007

28.0685

19.8060

1.4172

1.4482

1.2968

94.01

8.84 × 103

2.99

250

280.6922

56.7183

223.9739

0.2004

56.7183

27.9409

2.0299

1.7537

1.4462

46.94

2.20 × 103

3.33

29.98

2

3.39

2

3.37

2

3.27

2

3.60

2

1.22 × 10

3.53 1.82

300 350 400 450

326.0957 363.8540 385.4806 463.2552

89.0827 129.7804 172.8036 168.3463

237.0130 234.0736 212.6770 294.9089

0.2003 0.2011 0.2013 0.2008

89.0827 129.7804 172.8036 168.3463

500

516.7568

243.0233

273.7335

0.2010

243.0233

50

49.1481

-0.1783

49.3264

0.2002

100

93.9912

0.3747

93.6165

0.2009


93.9912

Langmuir Qe Ce (mg/g) -0.1525 6.1411

250 300 350 400

146.7664 187.0709 280.6922 326.0957 363.8540 385.4806

2.4289 3.7468 40.8915 40.8592 74.6770 119.9612

144.3375 183.3241 239.8007 285.2365 289.1770 265.5194

0.2004 0.2011 0.2007 0.2007 0.2004 0.2007

29.5823 29.0992 26.4129 36.7168

3.0114 4.4599 6.5424 4.5850

1.9498 2.1132 2.2376 2.2262

1.4710 1.4639 1.4218 1.5649

8.99 × 10

20.61

4.25 × 10

15.50

2.40 × 10

15.91

2.53 × 10

34.0465

7.1380

2.3856

1.5321

-0.1783

6.1596

-0.0289

#NUM!

0.7896

#NUM!

#NUM!

0.3747

11.6496

0.0322

-0.4263

1.0663

3.49 × 103

1.22 × 107

2.46

1.2554

2

5

2.89

5

3.13

3

3.40

3

3.57

3

3.59

2

3.50

2.4289 3.7468 40.8915 40.8592 74.6770 119.9612

18.0062 22.7902 29.8705 35.5302 36.0750 33.0742

0.1349 0.1644 1.3690 1.1500 2.0701 3.6270

0.3854 0.5737 1.6116 1.6113 1.8732 2.0790

1.3577 1.4752 1.5506 1.5572 1.5195

11.03

9.26 × 10

2

6.35 × 10 64.89 64.94 35.72 22.29

8.57 × 10 4.04 × 10 4.21 × 10 4.22 × 10 1.28 × 10 4.97 × 10

2

450

463.2552

140.6977

322.5575

0.2005

140.6977

40.2191

3.4983

2.1483

1.6044

19.02

3.62 × 10

3.69

500

516.7568

187.5969

329.1599

0.2006

187.5969

41.0219

4.5731

2.2732

1.6130

14.28

2.04 × 102

3.71

44

Lampiran 23 (Lanjutan) Data dan perhitungan isoterm adsorpsi pada suhu 50 ºC Zeolit modifikasi ditizon, konsentrasi awal 200 ppm

ε = RT ln (1 +

1 ) Ce

Ce = Konsentrasi akhir (ppm) C terjerap (Ce) = Konsentrasi awal terukur – Konsentrasi akhir

ε = (8.31451 J/K mol) (323 K) ln (1 +

1 ) = 6.35 × 102 3.7468

= 187.0709 ppm – 3.7468 ppm ε2 = (6.35 × 102)2 = 4.04 × 105

= 183.3241 ppm Qe (mg/g) = =


25 mL (187.0709 ppm- 3.7468 ppm) 0.2011 g

1000 mL ppm

Ce Qm

300

-1

y = 0.2407x + 0.9713 R² = 0.8891

0

Ce Modifikasi ditizon

ln Qe

y = 0.0249x + 0.1581 R² = 0.9828

1

ln Q


y = 0.1902x + 1.1881 R² = 0.9511

1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

log Qe

Ce/Qe

y = 0.0293x + 0.3963 R² = 0.9596

Tanpa modifikasi

Kl Q m

1

Freundlich

200

+

: log Qe = log Kf + n log Ce ln Q

100

1


Qe

mg

×

Langmuir

0

=

:

= 22.7902

8 7 6 5 4 3 2 1 0

Ce

Persamaan Langmuir

2

3

4.0 3.5 y = -9 × 10-8x + 3.453 3.0 R² = 0.659 2.5 2.0 y = -3 × 10-6x + 3.343 1.5 R² = 0.775 1.0 0.5 0.0 0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 ε2


Modifikasi ditizon

Tanpa modifikasi

Modifikasi ditizon

45

Lampiran 24 Nilai parameter dan koefisien korelasi berbagai model isoterm Langmuir Sampel

T (⁰C)

T (K)

28 Zeolit 30 tanpa 40 modifikasi 50 28 Zeolit 30 modifikasi 40 ditizon 50 Contoh perhitungan:

301 303 313 323 301 303 313 323

Freundlich


Qm

KL

R2

KF

1/n

R2

QDR

K

R2

12.3001 20.9644 29.5858 34.1297 23.8095 28.7356 39.2157 40.1606

-0.0347 0.5174 0.0330 0.0739 -0.2553 0.5088 0.0836 0.1575

0.8949 0.8917 0.7726 0.9596 0.9913 0.9524 0.9688 0.9828

10.8893 5.8492 9.1897 9.3605 12.8292 10.7127 13.6144 15.4206

0.0935 0.2540 0.2364 0.2884 0.1388 0.2073 0.2488 0.2454

0.2542 0.7830 0.5789 0.8891 0.6962 0.8466 0.9538 0.9511

16.6598 19.4724 23.5235 28.3039 23.6651 24.9033 29.5475 31.5950

-1 × 10-7 -1 × 10-6 -4 × 10-6 -3 × 10-6 -6 × 10-8 -6 × 10-8 -1 × 10-7 -9 × 10-8

0.172 0.667 0.434 0.775 0.905 0.713 0.604 0.659

Ea (kJ/mol) 2.24 0.71 0.35 0.41 2.89 2.89 2.24 2.36

Zeolit tanpa modifikasi pada suhu 323 K Persamaan Langmuir :

Ce Qe

=

1 Kl Qm

y = 0.0293x + 0.3963; R² = 0.9596 1 Qm

= 0.0293; Qm = 34.1297

1 1 = 0.3963 KL Qm 1 KL

0.0293 = 0.3963; KL = 0.0739

+

Ce Qm

1

Persamaan Freundlich: log Qe = log Kf + log Ce

Persaman Dubinin-Radushkevich:

y = 0.2407x + 0.9713; R² = 0.8891

ln Qe = ln QDR + K

n

log KF = 0.9713 KF = 10

.

y = -3 × 10-6x + 3.343; R² = 0.775 ln QDR = 3.343 .

= (-2(-3 × 10-6)-0.5

KF = 93.3605

QDR =

1 = 0.2407 n

QDR = 28.3039 K = -3 × 10

Ea = (-2 K)-0.5

-6

= 408.25 J/mol = 0.41 kJ/mol

46

Lampiran 25 Parameter termodinamika adsorpsi Pb(II) Sampel


Zeolit modifikasi ditizon

0 0.003

ln KL

-1

T (⁰C)

T (K)

1/T

KL

ln KL

-ΔH/R

ΔS/R

R2

ΔSo (kJ.K/mol)

ΔHo (kJ/mol)

ΔGo (kJ/mol)

28

301

3.32 × 10-3

-0.0347

#NUM!

1.26 × 104

-42.3711

0.6727

-0.35

-104.83

1.21

30

303

3.30 × 10

-3

0.5174

-0.6590

1.92

40

313

3.19 × 10-3

0.0330

-3.4105

5.44

50

323

3.10 × 10

-3

0.0739

-2.6046

8.96

28

301

3.32 × 10-3

-0.2553

#NUM!

30

303

3.30 × 10-3

0.5088

-0.6758

1.6

40

313

3.19 × 10

-3

0.0836

-2.4820

4

50

323

3.10 × 10-3

0.1575

-1.8484

6.4

0.0031

0.0032

0.0033

y = 8,55 × 103 x - 28.8596 R² = 0.6336

-2 -3

0.0034

8.55 × 103

-28.8596

y = 12.61 × - 42.3711 R² = 0.6727

-4

1/T Modifikasi ditizon

Tanpa modifikasi

-0.24

Persamaan termodinamika: ln K =

-71.1

1.12

−

Persamaan garis : y = 1.26×104 x - 42.3711; R² = 0.6727 ΔS0 R

103 x

0.6336

=-42.3711

-

ΔH0 R

= 1.26 × 104

ΔS0 = -42.3711×R

ΔH0 = -(1.26 × 104 × R)

ΔS0 = -42.3711 × 8.3143

ΔH0 = -(1.26 × 104 × 8.3143)

ΔS = -0.35 kJ.K/mol

ΔH0 = -104.83 kJ/mol

ΔGo = ΔHo – T ΔSo

= 5.44 kJ/mol

47

ΔGo = -104825 – (313 K) (-352.286)

OPTIMISASI ADSORPSI ION PB(II

Recommend Documents