3 fix

MAKALAH KIMIA FISIKA

FENOMENA PERMUKAAN DAN ADSORPSI

Anggota Kelompok 5

Jonathan 1206202040 Kameliya Hani Millati 1206202034Muhammad Syafaruddin 1306482035Seva Juneva 1206241552Zhofran Bintang

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2013

Makalah Pemicu 3 – Kimia Fisika – Fenomena Permukaan dan Adsorpsi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nyalah kami dapat menyelesaikan makalah Fenomena Permukaan dan Adsorpsi ini tepat pada waktunya. Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas dari mata kuliah “Kimia Fisika” sebagai materi dari PBL Pemicu 3.Dalam proses penyusunan makalah ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Ir Rita Arbianti MSi dan Dr Eny Kusrini SSi, yang telah memberikan pengarahan dan bimbingan kepada tim penulis dari awal semester 3; dan

2. Semua pihak yang telah membantu, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Kami menyadari bahwa penyusunan makalah ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, tim penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar makalah ini dapat menjadi lebih baik dan kelak akan berguna di masa mendatang.Semoga apa yang telah tim penulis susun dapat bermanfaat bagi pembaca dan dapat menambah wawasan serta pengetahuan pembaca terhadap Spektroskopi Atomik, khususnya Aplikasi Spektroskopi Atomik untuk Menentukan Kandungan Merkuri dalam Kosmetik.Akhir kata, tim penulis berharap agar makalah ini dapat menjadi salah satu sumber referensi ilmiah yang bermanfaat bagi banyak pihak. Terimakasih.

Depok, 30 Oktober 2013

Tim Penulis

Disusun Kelompok 5 – Dosen Pembimbingf Ir Rita Arbianti MSi dan Dr Eny Kusrini SSi Page 1


DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR...........................................................................................................1

DAFTAR ISI .........................................................................................................................2

DAFTAR GAMBAR.............................................................................................................3

BAB I PENDAHULUAN......................................................................................................4

I.1 Latar Belakang...........................................................................................................4

I.2 Perumusan Masalah...................................................................................................5

I.3 Informasi yang Diperlukan........................................................................................5

BAB II ISI .............................................................................................................................6

II.1 Konsep Dasar............................................................................................................6

A. Fenomena Permukaan...........................................................................................6

B. Adsorpsi.................................................................................................................6

II.2 Pembahasan Soal.......................................................................................................8

A. Fenomena Permukaan...........................................................................................8

B. Adsorpsi.................................................................................................................19

BAB III KESIMPULAN........................................................................................................37

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................................38



DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.1 Skema Kerja Kohesi ..............................................................................................9

Gambar 4.2 Skema Kerja Adhesi........................................................................................................9

Gambar 5.1 Tegangan Permukaan......................................................................................................10

Gambar 5.2 Tegangan Permukaan......................................................................................................10

Gambar 6.1 Cairan Membasahi Pipa Kapiler dan Tidak Membasahi Pipa Kapiler............................12

Gambar 6.2 Tetesan Gelembung.........................................................................................................13

Gambar 6.3 Metode Wilhelmy............................................................................................................13

Gambar 6.4 Metode Cincin Du Nuoy.................................................................................................14

Gambar 6.5 Metode Bobot Tetes.......................................................................................................14

Gambar 8.1 Struktur Reservoir Minyak Bumi....................................................................................17

Gambar 8.2 Skema EOR dengan Surfaktan........................................................................................18

Gambar 1.1 Metode Presipitasi...........................................................................................................20

Gambar 1.2 Metode Penukar Ion........................................................................................................20

Gambar 1.3 Metode Adsorpsi.............................................................................................................21

Gambar 1.4 Metode Membran............................................................................................................21

Gambar 1.5 Metode Biometalurgi.......................................................................................................22

Gambar 1.6 Metode Bioleaching........................................................................................................22

Gambar 5.1 Kurva Adsorpsi Isotermis................................................................................................25

Gambar 9.1 Kurva hubungan Antara log Wa dan log c.......................................................................34



BAB IPENDAHULUAN

I.1. Latar BelakangSurfaktan adalah senyawa yang molekul-molekulnya mempunyai dua ujung yang berebeda

interaksinya dengan air, yaitu ujung satu (biasa disebut kepala) yang suka air dan ujung satunya lagi (disebut ekor) yang tidak suka air. Berdasarkan muatan kepalanya, surfaktan dibagi atas surfaktan ionik, kationik, nonionik dan amfoterik. Surfaktan akan berbusa dengan baik di segala jenis air. Oleh sebab itu surfaktan banyak digunakan dalam produk-produk pembersih seperti deterjen, shampoo dan sebagainya. Shampoo misalnya, dulu kandungan utama dari shampoo adalah sabun. Tetapi untuk shampoo modern sekarang ini sabun sudah diganti dengan surfaktan, akibat beberapa kekurangan dari sabun, seperti tidak berbusa jika digunakan air sadah, dan menghasilkan kotoran yang sukar dibersihkan dari rambut. Meskipun banyak kegunaannya, ternyata surfaktan yang banyak digunakan sekarang juga mempunyai dampak negatif, baik langsung maupun tidak langsung, terhadap manusia dan lingkungannya. Penggunaan surfaktan dapat menyebabkan permukaan kulit kasar, hilangnya kelembaban kulit alami, bersifat “non biodegradable” sehingga dapat menyebabkan keracunan pada biota air dan sebagainya. Akibat banyaknya efek negatif dari surfaktan yang digunakan selama ini, maka sekarang orang mulai mengembangkan surfaktan yang lebih aman. Contohnya adalah surfaktan yang dibuat dari minyak sawit. Indonesia sebagai penghasil minyak sawit kedua di dunia, setelah Malaysia, sangat memungkinkan untuk mengembangkan surfaktan berbasis minyak sawit ini, yang lebih ramah lingkungan.

Limbah cair dari berbagai industri pengecoran maupun pemurnian, pabrik baterai, industri bahan bakar, industri kabel atau industri kimia atau industri cat, percetakan, pewarna yang banyak menggunakan bahan-bahan kimia ataupun pewarna serta proses industri yang lain masih sering kali mengandung logam berat yang berbahaya untuk kesehatan dan dalam jangka waktu yang panjang dapat menimbulkan atau memicu berbagai jenis penyakit seperti penyakit perut, kerusakan hati, ginjal, anemia ataupun keterbelakangan mental dan lain-lain. Limbah cair ini perlu diolah dengan pengolahan yang tepat. Jenis logam berat seperti Pb2+, Cu2+, Cd2+, Cr6+, Zn2+ dan lain-lain banyak dijumpai di limbah cair tersebut. Logam berat merupakan logam yang mempunyai berat jenis lebih besar dari 5 g/cm. Saat ini unsur metaloid yang berbahaya juga dimasukkan dalam kriteria logam berat. Banyak metode yang telah dilaporkan untuk menghilangkan kelebihan logam dari limbah cair, seperti dengan metode elektrokimia, presipitasi, pertukaran ion, adsorpsi ataupun dengan teknologi membran. Metode yang paling umum digunakan untuk menghilangkan logam berat adalah dengan adsorpsi menggunakan berbagai jenis adsorben seperti kitin, kitosan, zeolit, clay, karbon aktif, polimer, komposit, silika dan sebagainya. Adsorpsi banyak dimanfaatkan dalam industri kimia untuk proses pemisahan. Adsorpsi dianggap sebagai metode pemisahan yang baik karena dapat menghilangkan kontaminan logam berat. Hal ini disebabkan karena volume mikropori dan mesopori yang besar sehingga luas permukaannya besar. Saat ini, jumlah karbon aktif semakin berkurang sehingga harganya semakin mahal. Untuk mengatasi hal itu, karbon aktif biasa dimodifikasi terlebih dahulu sebelum digunakan seperti penambahan alginat, magnesium, atau surfaktan.Kelemahan yang dimiliki adsorben dalam proses adsorpsi adalah adsorbent hanya mengadsorp zat, tidak mendekomposisinya. Oleh karena itu, adsorbent harus diregenerasi sebelum digunakan kembali atau dibuang sebagai limbah begitu saja. Beberapa cara digunakan untuk mendekomposisi zat yang diserap (adsorbat) tersebut seperti thermal treatment dan lainnya. Namun cara-cara tersebut akan mengurangi kapasitas adsorpsi adsorbent ketika dipakai kembali. Fotokatalisis dengan TiO2 adalah cara yang paling menjanjikan karena non-toksik, inert, memperkuat luas permukaan adsorbent, tidak ada pengikisan layer pada permukaan, dan sifatnya yang dapat diubah perubahan ukuran. TiO2 banyak digunakan untuk degradasi fenol, metanol, triklorometana dalam air limbah.



I.2. Rumusan Masalah1. Mengapa minyak sawit dapat digunakan sebagai pengganti surfaktan?2. Bagaimana menentukan tegangan permukaan?3. Apakah yang dimaksud dengan EOR?4. Bagaimana surfaktan dapat digunakan dalam EOR?5. Bagaimana cara menghilangkan logam dalam limbah?6. Bagaimana tahapan adsorpsi?7. Bagaimana metode desorpsi atau proses regenerasi adsorben?8. Apakah kelebihan dari fotokatalisis heterogen?9. Apakah solusi yang dapat dilakukan untuk mengatasi permasalahan dari kekurangan adsorben?

I.3. Informasi yang Diperlukan1. Penjelasan tentang tegangan permukaan, kohesi, adhesi, spreading coefficient serta cara kerjanya2. Faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan 3. Metode penentuan tegangan permukaan4. Penjelasan tentang surfaktan 5. Fungsi surfaktan6. Contoh produk yang menggunakan surfaktan7. Penggunaan surfaktan8. Fotokatalisis9. Penjelasan tentang adsorpsi10. Proses, faktor dan jenis adsorpsi11. Persamaan adsorpsi isotermis12. Tipe kurva adsorpsi13. Kinetika reaksi heterogen14. Gibbs surface activity dan daya adsorpsi15. Teknik menghilangkan logam dan nanomaterial



BAB IIISI

II.1. KONSEP DASARA. FENOMENA PERMUKAAN

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh seatu laisan elastis. Tegangan permukaan ɤ didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan F dengan panjang permukaan d dimana gaya itu bekerja:

ɤ = F / dSatuan SI untuk tegangan permukaan adalah N/m. Gaya tarik-menarik antar partikel sejenis

adalah kohesi, sedangkan antar partikel tak sejenis adalah adhesi. Jika kohesi lebih kecil daripada adhesi, sudut kontak adalah sudut lancip dan terbentuk meniskus cekung. Zat cair meniskus cekung membasahi dinding wadahnya, contohnya air. Jika kohesi lebih besar daripada adhesi, sudut kontak adalah sudut tumpul dan terbentuk meniskus cembung. Zat cair meniskus cembung tidak membasahi dinding wadahnya, contohnya raksa.

Gejala kapiler atau kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler. Cairan meniskus cekung naik dan cairan meniskus cembung turun dalam pipa kapiler. Kenaikan atau penurunan cairan h dalam pipa kapiler adalah:

h = 2 ɤ cos Ɵ / ρ g rdengan Ɵ adalah sudut kontak dan r adalah jari-jari pipa kapilerPenerapan tegangan permukaan dalam masalah fisika sehar-hari Antiseptik yang dipakai untuk

mengobati luka, selain memiliki daya bunuh kuman yang baik, juga memiliki tegangan permukaan yang rendah sehingga antiseptik dapat membasahi seluruh luka. Jadi, alhohol dan hampir semua antiseptik memiliki tegangan permukaan yang rendah.

B. ADSORPSI Adsorpsi adalah proses pengikatan molekul dalam suatu fluida baik cair maupun gas ke

permukaan pori benda padat. Proses adsorpsi biasanya dilakukan dengan mengontakkan larutan atau gas dengan paratan, sehingga sebagian komponen larutan atau gas diserap pada permukaan pori padata, akibatnya akan mengubah komposisi larutan tersebut.

Bahan yang dipakai untuk melakukan proses adsorpsi dinamakan adsorben, sedangkan bahan yang diserap disebut adsorbat. Adsorben yang baik harus memiliki kapasitas dan selektifitas adsorpsi terhadap molekul adsorbat.

Pada dasarnya adsorpsi dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu adsorpsi fisis dan adsorpsi kimia. Kedua jenis ini dapat dijelaskan sebagai berikut:o Physisorption (adsorpsi fisika)

Terjadi karena gaya Van der Walls dimana ketika gaya tarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media. Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol. Contoh : adsorpsi oleh arang aktif. Aktivasi arang aktif pada temperatur yang tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi.

o Chemisorption (adsorpsi kimia)Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara substansi terlarut dalam larutan

dengan molekul dalam media. Chemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Walls atau melalui ikatan hidrogen. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk



ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Contoh : Ion exchange.

Kebanyakan adsorben adalah bahan yang mempunyai porositas yang tinggi untuk menempatkan adsorbat pada dinding pori. Pemilihan adsorben berdasarkan pada kapasitas, selektifitas, kecepatan penjerapan, tidak mengandung pencemar berbahaya, murah harganya dan mudah regenerasinya. Dalam proses penjerapan, permukaan adsorben yang sifatnya polar akan mengikat molekul yang sifatnya polar dan permukaan adsorben non polar akan mengikat molekul yang sifatnya non polar.

Beberapa faktor yang mempengaruhi adsorpssi pada permukaan zat padat antara lain: Sifat Adsorbat

Besarnya adsorpsi zat terlarut tergantung pada kelarutannya pada pelarut. Kenaikan kelarutan menunjukkan ikatan yang kuat antara zat terlarut dengan pelarut. Apabila adsorbat memiliki kelarutan yang besar, maka ikatan antara zat terlarut dan pelarut makin kuat sehingga adsorpsi akan semakin kecil karena sebelum adsorpsi terjadi diperlukan energi yang besar untuk memecahkan ikatan zat terlarut dengan pelarut.

Konsentrasi Adsorbat Adsorpsi akan meningkat dengan kenaikan konsentrasi adsorbat. Adsorpsi akan konstan jika terjadi kesetimbangan antara konsentarasi adsorbat yang terserap dengan konsentrasi yang tersisa dalam larutan.

Sifat Adsorben Adsorpsi secara umum terjadi pada semua permukaan, namun besarnya ditentukan oleh luas permukaan adsorben yang kontak dengan adsorbat. Luas permukaan adsorben sangat berpengaruh terhadap proses adsorpsi. Adsorpsi merupakan suatu kejadian permukaan sehingga besarnya adsorpsi sebanding dengan luas permukaan. Semakin banyak permukaan yang kontak dengan adsorbat maka akan semakin besar pula adsorpsi yang terjadi.

Temperatur Reaksi yang terjadi pada adsorpsi biasanya eksotermis, oleh karena itu adsorpsi akan besar jika temperatur rendah.

Waktu Kontak dan Pengocokan Waktu kontak yang cukup diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi. Jika fasa cair berisi adsorben diam, maka difusi adsorbat melalui permukaan adsorben akan lambat. Oleh karena itu, diperlukan pengocokan untuk mempercepat proses adsorpsi.

pH (Derajat Keasaman) Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan dengan penambahan asam-asam mineral. Hal ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut, sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.

II.2. PEMBAHASAN SOAL



A. FENOMENA PERMUKAAN

1. Jelaskan pengertian dan fungsi dari surfaktan secara umum! Jelaskan fungsi surfaktan dalam produk-produk pembersih dan contoh dari surfaktan yang banyak digunakan dalam produk pembersih!

Surfaktan merupakan molekul yang memiliki gugus polar yang suka air (hidrofilik) dan gugus non polar yang suka minyak (lipofilik) sekaligus, sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari minyak dan air. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan, yang bekerja menurunkan tegangan permukaan cairan, sifat aktif ini diperoleh dari sifat ganda molekulnya. Bagian polar molekulnya dapat bermuatan positif, negatif ataupun netral, bagian polar mempunyai gugus hidroksil semetara bagian non polar biasanya merupakan rantai alkil yang panjang. Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak bumi dan limbahnya dapat mencemarkan lingkungan, karena sifatnya yang sukar terdegradasi, selain itu minyak bumi merupakan sumber bahan baku yang tidak dapat diperbarui (Jatmika, 1998).

Penggunaan surfaktan secara umum terbagi atas 3 golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsion agent) dan sebagai bahan pelarut (solubilizing agent).

Surfaktan merupakan bahan utama pada produk pembersih seperti sabun dan deterjen. Dalam deterjen, jenis muatan yang dibawa surfaktan adalah anionik. Kadang ditambahkan surfaktan kationik sebagai bakterisida (pembunuh bakteri). Fungsi surfaktan anionik adalah sebagai zat pembasah yang akan menyusup ke dalam ikatan antara kotoran dan serat kain. Hal ini akan membuat kotoran menggulung, lama kelamaan menjadi besar, kemudian lepas ke dalam air cucian dalam bentuk butiran. Agar butiran ini tidak pecah kembali dan menempel di kain, perlu ditambahkan jenis surfaktan lain yang akan membungkus butiran tersebut dan membuatnya tolak menolak dengan air, sehingga posisinya mengambang. Ini untuk memudahkannya terbuang bersama air cucian. Pada umumnya kotoran yang dapat dihilangkan surfaktan adalah yang berasal dari debu atau tanah.

Contoh surfaktan yang banyak digunakan dalam produk pembersih adalah sodium lauryl sulfate (SLS), atau sodium dodecyl sulfate (SDS atau NaDS) (C12H25S O 4Na).

2. Jelaskan mengapa minyak sawit dapat digunakan sebagai pengganti surfaktan yang ‘non biodegradable’!

Seperti kita ketahui minyak sawit berasal dari tumbuh-tumbuhan dan struktur kimianya sebagian besar tersusun dari unsur C, H, dan O yang bersifat organik. Karena itu surfaktan, yang terbuat dari minyak sawit yang notabene adalah bahan nabati, bersifat biodegradable, tidak seperti surfaktan-surfaktan pada umumnya yang terbuat dari olahan minyak bumi yang bersifat non biodegradable.

3. Selain produk pembersih, produk-produk apa sajakah yang juga umumnya menggunakan surfaktan?

Selain dalam produk pembersih, surfaktan juga banyak ditemui di bahan kosmetik, farmasi dan tekstil. Produk pangan seperti es krim juga menggunakan surfaktan sebagai bahannya.

4. Ketika mendiskusikan tentang tegangan permukaan, mereka terbentur pada pernyataan kerja kohesi, kerja adhesi, spreading coefficient dan penjelasan Gibbs tentang surface activity. Bantulah mereka dengan memberikan penjelasan detail pada istilah tersebut.1. Kerja Kohesi

Kerja Kohesi adalah usaha yang muncul akibat adanya gaya antar-molekul sejenis/sefasa (air dengan air, dll) yang menyebabkan adanya gaya Tarik-menarik dari molekul-molekul yang sejenis, dengan luas penampang permukaan tertentu.


http://id.wikipedia.org/wiki/Es_krim

http://id.wikipedia.org/wiki/Tekstil

http://id.wikipedia.org/wiki/Farmasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Kosmetik

http://id.wikipedia.org/wiki/Sodium

http://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen

http://id.wikipedia.org/wiki/Sulfur

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen

http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon

http://id.wikipedia.org/wiki/Pelarut

http://id.wikipedia.org/wiki/Emulsi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pembasah&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Degradasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Lingkungan

http://id.wikipedia.org/wiki/Limbah

http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_bumi

http://id.wikipedia.org/wiki/Sintesis

http://id.wikipedia.org/wiki/Alkil

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidroksil

http://id.wikipedia.org/wiki/Muatan_listrik

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lipofilik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrofilik

http://id.wikipedia.org/wiki/Air


Karena kerja kohesi berasal dari gaya Tarik-menarik, kerja kohesi juga dapat disebut sebagai usaha minimal yang diperlukan untuk “meniadakan” gaya Tarik menarik molekul sejenis, yang bisa juga dibilang usaha minimal yang diperlukan untuk membuat molekul-molekul sejenis terpisah satu sama lain. Secara matematis, kerja kohesi dijelaskan sebagai:

Gambar 4.1 Skema Kerja Kohesi (sumber: http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-11182004-120456/unrestricted/chapter3.pdf)

2. Kerja AdhesiKerja Kohesi adalah usaha yang muncul akibat adanya gaya antar-molekul berbeda jenis/fasa (minyak dengan air, air dengan udara, dll) yang menyebabkan adanya gaya Tarik-menarik dari molekul-molekul yang berbeda jenis, dengan luas penampang permukaan tertentu.Karena kerja kohesi berasal dari gaya Tarik-menarik, kerja kohesi juga dapat disebut sebagai usaha minimal yang diperlukan untuk “meniadakan” gaya Tarik menarik molekul berbeda jenis, yang bisa juga dibilang usaha minimal yang diperlukan untuk membuat molekul-molekul yang berbeda jenis terpisah satu sama lain. Secara matematis, kerja kohesi dijelaskan sebagai:

Gambar 4.2 Skema Kerja Adhesi (sumber:http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-11182004-120456/unrestricted/chapter3.pdf)

3. Surface Free EnergyKetika suatu benda yang berbentuk pejal, molekul-molekul pada bagian pusat dalam benda tersebut akan mengalami gaya intermolekuler dari segala arah, karena terjadi pada segala arah, maka molekul tersebut akan mengalami resultan gaya 0. Akan tetapi pada molekul-molekul yang berada di pinggiran/permukaan benda tersebut, maka akan timbul resultan gaya karena tidak ada gaya intermolekuler yang bekerja pada bagian luar permukaan zat tersebut, yang akan menghasilkan resultan gaya. Adanya resultan gaya inilah yang melandasi surface free energy.


http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-11182004-120456/unrestricted/chapter3.pdf



Dimana surface free energy (γ ) itu sendiri adalah perbedaan energi pada molekul-molekul keadaan pejal/pusat dengan energi pada molekul yang berada di permukaan benda.

4. Spreading CoefficientKetika ada zat cair yang melakukan kontak dengan zat padat, penyebaran materi/molekul dari zat cair terhadap zat padat (pembasahan) tidak selalu merata. Pemerataan ini ditentukan oleh surface enegy tiap komponen/fasa dan gaya kohesi dan adhesinya. Jika gaya kohesi zat cair lebih besar daripada gaya adhesi dengan zat padat tersebut, maka zat padat tersebut tidak “terbasahi” secara baik, berarti zat cair tersebut masih terpusat pada suatu titik, karena zat tersebut lebih “memilih” untuk lebih dekat dengan molekulnya sendiri daripada benda padat tersebut. Dan ketika gaya adhesi lebih besar daripada kohesi, maka zat padat tersebut akan “terbasahi” dengan baik, karena zat padat dapat menarik zat cair lebih kuat daripada gaya kohesi zat cair tersebut, sehingga zat cair tersebut dapat menyebar dengan merata.

5. Bagaimana menentukan tegangan permukaan, sebutkan parameter apa saja yang mempengaruhi tegangan permukaan tersebut ?

Pada suatu tetesan cairan, molekul-molekul yang berada pada permukaan memiliki sifat yang berbeda dengan molekul pada bagian dalam tetesan. Molekul dalam cairan dikelilingi oleh molekul lain dari segala arah yang memiliki daya tarik-menarik yang sama. Sedangkan molekul pada permukaan (yakni pada antar permukaan cair-udara) hanya dapat memiliki daya tarik-menarik dengan molekul lain yang terletak di bawah atau disampingnya. Molekul ini dapat memiliki daya traik-menarik dengan molekul yang menyusun fase lain yang terlibat dalam antar permukaan tersebut tapi pada antar permikaan cair-gas, antaraksi ini kecil dan bisa diabaikan. Molekul pada permukaan tetesan tersebut akan mengalami gaya tarik kea rah dalam sehingga akan menyusutnya permukaan.

Gambar 5.1. Tegangan PermukaanAda dua istilah yang hampir sama namun memiliki arti yang berbeda, yaitu tegangan permukaan

dan tegangan antar permukaan. Tegangan Permukaan (TP) merupakan gaya persatuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam. Sedangkan Tegangan Antar Permukaan merupakan gaya persatuan panjang yang terdapat pada antar permukaan dua fase cair yang tidak bercampur.

Gambar 5.2. Tegangan Permukaan



TPTAP

=γ Sedangkan γ= F2 l

(1 )

KeteranganTP = Tegangan permukaanTAP = Tegangan antar permukaanγ = Tegangan permukaanF = Gaya ke atasl = PanjangNilai TAP selalu lenih kecil dari TP karena gaya ahesi antara dua fase cair yang membentuk suatu antar permukaan lebih besar dibandingkan sntar cair-gas. Bila dua cairan bercampur sempurna, maka tidak ada TAP yang terjadi.

Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tegangan permukaan, yaitu :a. Suhu

Kenaikkan suhu menyebabkan molekul-molekul cairan bergerak cepat sehingga interaksi antar molekul berkurang. Oleh karena itu, jika suhu naik maka tegangan permukaan (γ ) turun. Contoh : pada suhu yang sama γ logam cair dan lelehan garam > cairan. Pada suhu kritis yaitu suhu dimana cairan menjadi gas, maka (γ ) akan diabaikan. Hubungan antara TP dengan suhu dirumuskan oleh COTVAS, RAMSAY, & SCHIELDS.

γ ( M rV )23=k (T c−G−T ) (2 )

Keteranganγ = Tegangan permukaan cairM r = Berat molekul cairanV = Volume cairank = Konstanta yang tidak tergantung suhu tapi pada sifat cairan, missal senyawa polar k = 2,12 maka senyawa non polar k < 2,12Tc = Suhu kritisT = Suhu percobaanG = Konstanta empiris

b. Jenis cairanCairan yang memiliki gaya tarik antar molekulnya besar akan memiliki tegangan permukaan (γ ) yang besar pula

c. SurfaktanPerluasan film dengan pembentukan gelembung atau busa oleh sabun, deterjen, atau alcohol akan menyebabkan tegangan permukaan (γ ) turun

d. Kemampuan membasahi bendaJika kemampuan membasahi benda besar, maka tegangan permukaannya (γ ) kecil. Contoh : air panas, air sabun, merkuri, dan alkohol

e. Zat terlarutJika suatu zat terlarut dilarutkan dalam cairan murni, akan terjadi perubahan pada TP cairan tersebut. Dalam hal ini ada 4 kemungkinan yang terjadi, yaitu :a) TP cairan bertambah besar dengan bertambahnya konsentrasi zat terlarut. Hal ini dapat terjadi

pada elektrolit kuat dan beberapa senyawa polar yang mengandung gugus OH dilarutkan dalam air

b) TP cairan turun secara perlahan sengan bertambahnya konsentrasi zat terlarut. Contoh : senyawa asam lemak bila dilarutkan dalam air

c) TP tidak tergantung pada pertambahan konsentrasi zat terlarutd) TP cairan sceara tiba-tiba turun dengan penambahan konsentrasi zat terlarut, sekalipun dalam

konsentrasi yang kecil sekali. Contoh : surfaktan yang dilarutkan dalam air. Penurunan secara tiba-tiba ini disebabkan karena zat terlarut memekat pada permukaan cairan, jadi kadar zat



pada permukaan tidak sama dengan kadar zat dalam larutan. Pemekatan pada permukaan ini terjadi karena medan gaya listrik antar moilekul zat terlarut lebih kecil dari medan gaya listrik pelarut. Zat terlarut tidak akan terus memekat pada permukaan cairan, akan tetapi zat tersebut akan berdifusi ke dalam larutan. Jika pada permukaan tidak jernih, pemekatan pada permukaan disebut peristiwa adsorpsi. Pada saat kesetimbangan, derajat adsorpsi = derajat difusi.

6. Bagaimana cara menentukan tegangan permukaan ? JelaskanPenentuan dan pengukuran tegangan permukaan dapat dilakukan dengan enam metode, yaitu :

a. Metode kapiler Prinsip : Bila sebatang pipa kapiler dimasukkan ke dalam zat cair, maka permukaan cairan

dalam pipa kapiler dapat mengalami kenaikan atau penurunan. Bila cairan membasahi bejana, maka cairan naik. Sedangkan bilan cairan tidak membasahi bejana, maka cairan turun. Proses naik turunnya cairan dalam pipa kapiler disebut kapilaritas yang merupakan konsekuensi dari tegangan permukaan.

Gambar 6.1. Cairan Membasahi Pipa Kapiler (kiri) danTidak Membasahi Pipa Kapiler (kanan)

Persamaan Rumus :Akibat tegangan permukaan, maka timbul gaya yang berlawanan. Besarnya gaya ke atas, yaitu :

F1=2Π γcosθ (1 )Sedangkan besarnya gaya ke bawah akibat berat cairan, yaitu :

F2=ρVg=ρ ( Π r2 h ) g (2 )Dalam pipa kapiler, besarnya gaya ke atas diimbangi oleh besarnya gaya ke bawah, sehingga :

F1=F2

2 Π γcosθ=ρ Π r2 hg

γ= ρrhg2cosθ

(3 )

Untuk cairan yang membasahi bejana, θ ~ 0, sehingga

γ= ρrhg2

( 4 )



Untuk cairan yang tidak membasahi bejana, cos θ ~ negative sehingga g negative, maka cairan ditekan dalam kapiler (menurun)Untuk perhitungan akurat, maka diberikan factor koreksi untuk h sebesar r/3, sehingga :

γ=( ρc−ρg )r (h+ r

3 ) g

2cosθ(5 )

Dengan metode perbandingan, maka nilai tegangan permukaan zat lain dapat dihitung, yaitu :γ 1

γ 2

=ρ1

ρ2

h1

h2

(6 )

b. Metode tekanan gelembung maksimum Prinsip : Tekanan di dalam tetesan atau gelembung selalu lebih besar daripada tekanan pada

fase kontinu. Kesetimbangan antara tegangan permukaan dan gaya eksternal (missal gravitasi) menentukan bentuk tetesan atau geelembung.

Gambar 6.2. Tetesan Gelembung Persamaan Rumus : Persamaan “Young-Laplace”

Δ P=2 γR

+gh ( ρ−ρ0 ) (7 )

P=Tekanan diluar gelembung (8 )P+Δ P=Tekanan dalam gelembung (9 )

c. Metode wihelmy Prinsip : Berdasarkan gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan.

Alat ini berupa lempeng tipis dari kaca, platina atau mika dilengkapi neraca. Pelat digantungkan pada salah satu lengan neraca dan dimasukkan ke dalam cairan. Besarnya gaya tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat dari permukaan cairan dicatat.

Gambar 6.3. Metode Wihelmy Persamaan Rumus :

Saat pelat terlepas, makaF=W +2 lγ (10 )

Sehingga

γ= F−W2l

=w total−(t−wa )

2 l(11 )

Keterangant = Tinggi pelatl = Panjang pelatwa = Gaya apung



d. Metode cincin Prinsip : Dikenal dengan nama “Du Nouy Tensiometer”. Gaya yang diperlukan untuk

melepaskan sebuah cincin platinum iridium yang dicelupkan pada permukaan cairan sebanding dengan tegangan permukaan cairan tersebut. Platinum digunakan untuk mendapatkan q 0 dan plat hanya menyentuh cairan sehingga daya apung kecil.

Gambar 6.4. Metode Cincin Du Nouy Persamaan Rumus :

γ= F2 (2 Π R )

=w total−w cincin

2 (2 Π R )(12 )

Untuk ketelitian perhitungan, kadang disertakan factor koreksi yaitu :

γ= F2 (2 Π R )

x f (13 )

Dimana nilai dari factor koreksi itu sendiri adalah :

( β−a )2=( 4 b

Π 2 )( 1

r2 )( F4 Π R ( ρ1−ρ2) )+c (14 )

Keteranganw total = Berat totalw cincin = Berat cincinR = Radius cincin rata-rataγ = Tegangan permukaanf = Faktor koreksia = 0.725b = 0.09075c = 0.04534 – 1,679 r/Rr = jari-jari kawat yang digunakan untuk membuat cincinρ1 = Massa jenis cairan bawahρ2 = Massa jenis cairan atas

e. Metode bobot tetes Prinsip : Menggunakan alat “Stalagnometer”. Tegangan permukaan ditentukan oleh bobot

jenis caian yang menetes secara perlahan dari ujung pipa yang berdiri tegak.



Gambar 6.5. Metode Bobot Tetes

Persamaan Rumus :

γ= W2 Πr

(15 )

KeteranganW = Berat tetesanR = Radius tetesanγ = Tegangan permukaan

f. Metode menghitung jumlah tetes Prinsip : Menghitung jumlah tetes yang dikandung suatu volume tertentu yang akan diukur

tegangan peermukaannya. Dalam hal ini harus diadakan perbandingan dengan suatu cairan pembanding yang tegangan permukaannya kira-kira sama dengan cairan yang akan diukur.

Persamaan Rumus :γ 1

γ 2

=N1

N2

ρ1

ρ2

(16 )

KeteranganCairan 1 = Cairan yang diukurCairan 2 = Cairan pembandingN = Jumlah tetes dari suatu volume cairanρ = Bobot jenis cairan

7. Tegangan permukaan merkuri adalah 0.52 N/m dan kerapatannya adalah 13.6 g/mL pada suhu 25 Celcius. Mrerkuri tidak membasahi gelas. Turunkan ekspresi untuk penurunan permukaan air raksa yang akan terjadi jika tabung gelas pada radius internal r dimasukkan ke dalam cairan ? apa yang akan depresi jika r = 0.1 mm dan 0.5 mm ?

Melakukan penurunan rumus penurunan permukaan air raksaa. Berdasarkan gaya berat = gaya tegangan permukaan

F=FW =Fy

mg=F cosθ



( ρV ) g=( γl ) cosθ

ρ ( Π r2 h ) g=γ (2Π r ) cosθ

γ= ρgrh2 cosθ

Maka untuk mencari h, dapat digunakan persamaan :

h=2 γ cosθρgr

b. Berdasarkan gaya tekan = gaya tegangan permukaanF=F

PA=F y

( ρgh ) ( Π r2 )=( γl ) cosθρgh Π r 2=γ (2 Π r ) cosθ

γ= ρgrh2cosθ

Maka untuk mencari h, dapat digunakan persamaan :

h=2 γ cosθρgr

Menjawab pertanyaan soala. Untuk r = 0.1 mm

Diketahui :γ = 0.52 N/mρ = 13.6 g/mLT = 298 KMerkuri tidak membasahi gelasθ=140o

Ditanya :h ?

Jawab :

h=2 γ cosθρgr

=2(0.52

Nm )cos140o

(13,6g

mLx

1mL10−3 L )(9,8

ms2 )(0.1 mm x

10−3

1mm )=−0.059775 meter

b. Untuk r = 0.5 mm Diketahui :

γ = 0.52 N/mρ = 13.6 g/mLT = 298 KMerkuri tidak membasahi gelasθ=140o

Ditanya :h ?

Jawab :



h=2 γ cosθρgr

=2(0.52

Nm )cos140o

(13,6g

mLx

1mL10−3 L )(9,8

ms2 )(0.5 mm x

10−3

1mm )=−0.01196meter

Tanda negative dari kedua jawaban tersebut menunjukkan terjadinya penurunan ketinggian permukaan air raksa.Jadi, berdasarkan perhitungan di atas dapat diketahui bahwa semakin kecil radius internal permukaan kapiler maka akan semakin besar penurunan tinggi air raksa yang terjadi. Dalam kasus air raksa terjadi penurunan yang diakibatkan larutan ini tidak membasahi dinding kapiler karena gaya kohesinya sangat kuat.

8. Apa yang anda ketahui tentang EOR (Enhanced Oil Recovery)? Apakah Surfaktan dapat digunakan untuk menguras dan mengambil minyak yang ada dalam second atau third reservoir? Jelaskan pendapat anda dan berikan contoh surfaktan yang dapat digunakan pada teknologi EOR tersebut. Apa yang dapat anda pelajari dan simpulkan dari teknik ini? Apakah Indonesia sudah menggunakan teknologi ini? Kalau iya, jelaskan. Kalau tidak, apakah hambatannya?

Minyak bumi (crude oil) terkandung didalam batuan yang disebut reservoir yang terletak. Minyak bumi bukan satu-satunya komponen yang terkandung di dalam reservoir, komponen lainnya yang terkandung di dalam reservoir adalah gas bumi (natural gas) dan air.

Gambar 8.1 Struktur Reservoir Minyak Bumi (sumber:Hidayati,Muthia Putri.2013. Diktat Eksplorasi IATMI SMUI.Depok:Departemen Kurikulum IATMI SMUI 2013)

Dalam reservoir, gas tersusun di bagian paling atas reservoir, dan kemudian diikuti oleh minyak bumi, dan air dibagian paling bawah. Ketika lubang bor (wellbore) sudah menembus reservoir, dibutuhkan gaya pendorong (drive force) untuk membuat tiga komponen tersebut naik ke permukaan bumi melalui lubang bor. Gas membutuhkan drive force yang lebih kecil daripada minyak dan air, sehingga gas akan keluar menuju pipa lebih dahulu daripada komponen lainnya. Minyak akan keluar setelah sebagian besar gas keluar, tetapi drive force yang diperlukan untuk minyak lebih besar daripada gas dikarenakan viskositas minyak yang lebih besar dan drive force dari reservoir akan semakin kecil jika semakin banyak minyak keluar dari reservoir.

Hal ini menyebabkan aka nada “sisa-sisa” minyak yang tidak keluar dari reservoir, dan air akan keluar walaupun minyak belum habis. Untuk mengeluarkan sisa-sisa minyak ini, diperlukan metode oil recovery, ada tiga jenis oil recovery, yaitu:

1. Primary Recovery: adalah proses produksi migas dari dalam sumur dengan memanfaatkan drive force dari dalam sumur secara alamia. Force dari dalam sumur yang



digunakan adalah tekanan reservoir yang ada menggunakan pompa dan gas lift. Pompa yang digunakan adalah pompa angguk ataupun subpermisible.

2. Secondary recovery: adalah tindakan lanjutan setelah dilakukannya primary recovery. Dilakukan dengan cara pendorongan air (water flooding) atau pendorongan gas (gas flooding). Dengan pendorongan ini diharapkan produksi migas akan meningkat. Peningkatan produksi berkisar 10-20%

3. Tertiary Recovery atau yang biasa disebut Enhanced Oil Recovery (EOR). Ada banyak metode-metode yang tergolong dalam EOR, dan metode yang paling dikenal dan paling sering digunakan adalah metode EOR dengan Surfaktan (Surfactant Recovery)

Air memiliki viskositas yang lebih kecil daripada minyak, sehingga drive force yang dibutuhkan untuk mendorongnya keluar menuju lubang bor sedikit (mudah keluar). Dengan menggunakan surfaktan, tegangan permukaan antara minyak dan air akan mengecil. Hal ini dikarenakan molekul hidrofobik surfaktan dapat menarik/mengikat minyak dan molekul hidrofilik surfaktan dapat menarik/mengikat air. Adanya surfaktan dapat membuat minyak dan air saling tarik menarik (dengan surfaktan sebagai perantara), sehingga secara tidak langsung akan meningkatkan gaya adhesi antara minyak dan air. Ketika gaya adhesi antara minyak dan air lebih kuat daripada gaya kohesi kedua komponen tersebut, maka tegangan permukaan akan semakin kecil, sehingga minyak dan air dapat menyatu/saling larut. Karena minyak dapat larut dengan air, otomatis drive force yang dibutuhkan untuk mendorong minyak keluar menuju lubang bor akan menurun, sehingga minyak akan lebih mudah keluar.

Pada metode EOR dengan surfaktan, ada tiga tahap penting yang dilakukan, yaitu:1. Injeksi Surfaktan2. Injeksi Polimer3. Waterflooding (Pemasukkan air)Injeksi polimer dilakukan untuk mengecilkan viskositas dari minyak, dan waterflooding

dilakukan untuk membuat minyak lebih dekat ke lubang bor (“membuat mengapung”), sehingga minyak akan lebih mudah keluar.

Gambar 8.2 Skema EOR dengan Surfaktan (hijau: minyak, kuning:surfaktan, ungu:polimer, biru:air) (sumber:Hidayati,Muthia Putri.2013. Booklet EOR IATMI SMUI.Depok:Departemen

Kurikulum IATMI SMUI 2013)

Surfaktan untuk EOR mempunyai beberapa kriteria yang harus dipenuhi, kriteria yang paling penting adalah surfaktan harus sesuai dengan keadaan reservoir (Suhu, Tekanan, Salinitas, dll),



sesuai dengan jenis minyak bumi, dan kompatibel ketika saat waterflooding terjadi. Jenis jenis surfaktan untuk EOR bisa dilihat pada tabel dibawah:

Jenis Surfaktan AplikasiAlkylaryl Sulfonate Stabil pada keadaan temperatur tinggi, cocok

untuk jenis minyak bumi manapun, tidak sesuai untuk lingkungan dengan salinitas yang tinggi

Extended Chain Surfactant Stabil Pada temperatur dibawah 60oC, cocok untuk minyak bumi fraksi ringan

Non-Ionic Surfactant Toleran dengan keadaan salintitas tinggi, kurang stabil pada temperatur tinggi

Metode EOR perlu diterapkan di Indonesia, hal ini dikarenakan mayoritas sumur minyak di Indonesia adalah sumur minyak tua yang sudah mengalami penurunan produksi, ditambah lagi Indonesia sulit mencari sumber minyak dan membangun sumur yang baru dikarenakan system birokrasi di Indonesia yang “terlalu rumit”. Sejauh ini, sudah dilakukan uji coba EOR dengan surfaktan yang dilakukan oleh PT Chevron Pasific, tetapi belum dapat diaplikasikan secara luas di kebanyakan sumur minyak di Indonesia, hal ini disebabkan karena:

1. Jumlah SDM yang bersangkutan (Surfactant Engineer) di Indonesia sedikit2. Teknologi Oil Recovery Indonesia masih belum memadai3. Masalah Birokrasi di Indonesia yang “terlalu rumit”

Selain metode EOR dengan surfaktan, ada metode-metode EOR lainnya, yaitu:1. Alkali Recovery2. Miscible Gas Drive3. Thermal Recovery4. Microbially Enhanced Oil Recovery: EOR yang beberapa komponen seperti surfaktan,

polimer, dll dihasilkan oleh mikroba

9. Berikan beberapa studi mengenai EOR? Apabila anda sebagai seorang engineer yang bertugas di Industri Perminyakan, apa yang dapat anda lakukan apabila diberikan tugas untuk mengambil minyak yang ada pada sumur-sumur minyak tua yang sudah tidak berproduksi lagi? Jelaskan

Ada beberapa studi yang dilakukan untuk mengembangkan EOR. Seperti meningkatkan efisiensi EOR, membuat EOR lebih ramah lingkungan, membuat EOR kompatibel dengan bahan bakar tidak konvensional (seperti shale gas, Coal Bed Methane/CBM dll). Berikut beberapa studi yang dilakukan adalah:

1. Penggunaan gas CO2 sebagai gas injeksi untuk metode EOR2. Penggunaan gas N2 untuk meningkatkan produksi CBM3. Peningkatan efisiensi surfaktan Alkilaril Sulfonat dengan cara menambah zat aditif

biodegradableBagaimana jika saya diberi tugas untuk mengambil minyak dari sumur-sumur tua? Yang pasti

saya akan memaksimalkan kerja dari Primary dan Secondary Recovery terlebih dahulu sebelum menggunakan metode EOR.

Pertama tama saya mencek karakteristik dan potensial produksi dari sumur dengan cara Well Testing, setelah itu saya akanmemaksimalkan produksi dari Primary Recovery dengan cara memasang Sucker Rod Pump atau Electrical Submersible Pump yang spesifikasinya disesuaikan dengan karakteristik sumur.

Setelah produksi dari primary recovery menurun, saya akan memulai secondary recovery dengan metode waterflooding. Tentunya dengan memasang system pengolahan limbah yang sesuai supaya air yang digunakan tidak terbuang sia-sia.



Setelah produksi dari secondary recovery menurun, baru saya menggunakan metode EOR. Saya akan menggunakan metode EOR dengan surfaktan, karena metode tersebut paling efektif. Jenis surfaktan yang saya gunakan mengikuti karakteristik sumur, tetapi saya akan mengutamakan non-ionic surfactant, terutama yang tersusun dari lemak atau alcohol. Karena surfaktan tersebut bersifat biodegradable sehingga meminimalisir perusakan lingkungan.

Tentunya hal ini tidak dapat tercapai jika metode tersebut tidak mendapat ijin untuk diterapkan oleh pihak yang berwenang, apalagi mengingat sistem birokrasi di Indonesia yang rumit dan banyaknya orang-orang yang tidak begitu tahu tentang pentingnya Oil Recovery dan keamanannya yang dapat terjamin. Oleh karena itu, perlu dilakukan pencerdasan kepada orang-orang awam tentang hal-hal tersebut (secara sederhana saja).

B ADSORPSI1. Tuliskan dan jelaskan secara singkat beberapa jenis teknik (minimal 8) untuk menghilangkan

logam dari limbah ?Terdapat beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menghilangkan logam dari limbah, yaitu :

a. Presipitasi Merupakan proses pengurangan bahan-bahan terlarut dengan cara penambahan bahan-bahan

kimia terlarut yang menyebabkan terbentuknya padatan. Senyawa kimia yang biasa digunakan untuk menghilangkan logam berat adalah lime yang dikombinasikan dengan kalsium klorida, magnesium klorida, aluminium klorida, dan garam-garam besi.

Senyawa complexsxing agentr dapat mengganggu presipitasi seperti NTA (Nitilo Triacetic Acid) dan EDTA sehingga perlu dihilangkan dengan penambahan garam besi dan polimer khusus atau gugus sulfide yang memiliki karakteristik pengendapan yang baik

Gambar 1.1. Metode Presipitasi Cu Cl2+NaOH →Cu (OH )2+2 NaCl Contoh :

Cu Cl2+NaOH →Cu (OH )2+2 NaClCd NO3+Ca (OH )2→ Cd (OH )2+Ca NO3

¿Cl2+NaOH → 2∋ (OH )2+2 NaClFe2 (SO 4 )3+3 Ca (OH )2→ 2 Fe (OH )3+3 Ca SO4

2 NaI+3Ca (OH )2→ Ca F2+2 NaOHb. Pertukaran ion



Gambar 1.2. Metode Penukar Ion Menggunakan media pertukaran ion (resin) yang bergantung pada muatan ion logam berat

yang terkandung dalam air limbah. Pada proses pengolahan limbah dengan pertukaran ion ada 2 mekanisme, yaitu :a) Mekanisme pertukaran ion

Merupakan metode menukar ion logam berat dengan yang ada pada resin, ion dalam air imbah terikat pada resin

b) Mekanisme regenerasi ionMerupakan metode menukar ion dimana ion yang terikat dalam resin dikeluarkan dari resin dengan bahan kimia yang tergantung pada jenis resinnya. Resin kation H+¿¿dengan asam (asam sulfat dan asam klorida), kation Na+¿¿ dengan NaOH , anion OH−¿¿ dengan hidroksida (OH−¿¿). Hasilnya yaitu endapan hidroksida logam dalam jumlah yang kecil. Jika logam berat, hasilnya direaksikan dengan bahan kimia sehingga dihasilkan bahan kimia baru yang dapat dimanfaatkan.

c. Adsorpsi Merupakan proses penggumpalan substansi terlarut yang ada dalam larutan oleh permukaan

zat atau benda penyerap dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara substansi dengan penyerapnya. Proses adsorpsi pada arang aktif terjadi melalui 3 tahapan dasar yaitu zat terjerat di bagian luar, kemudian bergerak menuju pori-pori arang, dan terakhir zat terjerat ke dinding bagian dalam dari arang. Selain dengan arang aktif, proses adsorpsi juga dapat menggunakan silica gel, zeolite, dan lain-lain.



Gambar 1.3. Metode Adsorpsid. Teknologi membrane

Membrane adalah sebuah penghalang selektif antara dua fase. Membrane memiliki ketebalan yang berbeda. Membrane berfungsi memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul, menahan kompnen dari umpan yang mempunyai ukran lebih besar dari pori-pori membrane.

Gambar 1.4. Metode MembranTeknik untuk menghilangkan logam berat dari air limbah juga dapat dilakukan dengan

menggunakan bantuan mikroorganisme, antara lain :a. Detoksifikasi (Biopresipitasi)

Merupakan proses mengubah ion logam berat yang bersifat toksik menjadi senyawa yang bersifat tidak toksik. Proses ini umumnya berlangsung anaerob dan memanfaatkan senyawa kimia sebagai akseptor electron. Enterobacter eloaceace dan Pseudomonas fluorescen mampu mengubah Cr (IV ) menjadi Cr (III ) dengan bantuan senyawa hasil metabolism, misalnya hydrogen sulfide, asam askorbat, glutathione, sestein, dan lain-lain.

b. Biohidrometalurgi Merupakan proses mengubah ion logam yang terikat pada suatu senyawa yang tidak dapat

larut dalam air menjadi senyawa yang dapat larut dalam air



Gambar 1.5. Metode Biometalurgic. Bioleaching

Merupakan proses dimana aktivitas mikroba untuk melarutkan logam berat dari senyawa yang mengikatnya dalam bentuk ion bebas. Biasanya mikroba menghasilkan asam dan senyawa pelarut untuk membebaskan ion logam dari senyawa pengikatnya. Contoh mikrobanya adalah Thiobacillus ferroxidans yang mengubah Cu S2 menjadi Cu2+¿ ¿

2 Cu2 S+O2+4 H+¿→ 2CuS+2 Cu2+¿+2H 2O ¿ ¿

CuS+ 12

O2+2 H+¿→Cu2+¿+H 2O+S¿ ¿

Gambar 1.6. Metode Bioleachingd. Bioakumulasi

Merupakan proses pegnikatan ion-inon logam pada struktur sel mikroba yang disebabkan oleh beberapa macam cara yaitu system transport aktif kation, ikatan permukaan, dan mekanisme lain yang tidak diketahui. Mekanisme tersebut tidak lepas dari karakter anion dan sifat fisikakima dari dinding sel sehingga ion ogam berat (kation) mampu diikat secara adhesi. Mikroalga dan Cyanobakteri mampu mengikat ion Cr2+¿ ¿ dan ¿2+¿¿ pada seluruh permukaan dinding sel.



2. Apa yang anda ketahui tentang adsorbent, adsorpt, dan adsorbat? Tuliskan tahapan adsorpsi secara umum dan faktor apa saja yang mempengaruhi proses adsorpsi? Adsorben adalah zat padat yang dapat menyerap partikel fluida dalam suatu proses adsorpsi.

Adsorben bersifat spesifik dan terbuat dari bahan-bahan yang berpori. Adsorpt adalah proses yang terjadi dalam adsorpsi Adsorbat adalah substansi dalam bentuk cair atau gas yang terkonsentrasi pada permukaan

adsorben. Adsorbat terdiri atas dua kelompok yaitu kelompok polar seperti air dan kelompok non polar seperti methanol, ethanol dan kelompok hidrokarbon.

Mekanisme peristiwa adsorpsi:a. Molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (disebut

difusi eksternal).b. Sebagian ada yang teradsorbsi di permukaan luar.c. Sebagian besar terdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (disebut difusi internal).d. Jika kapasitas adsorbsi masih sangat besar, sebagian akan teradsorbsi dan terikat dipermukaan,

namun bila permukaan sudah jenuh atau mendekati jenuh dengan adsorbat, dapat terjadi:a. Terbentuknya lapisan adsorpsi kedua dan seterusnya diatas adsorbat yang telah terikat

dipermukaan. Gejala ini disebut adsorpsi multi layer.b. Tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya sehingga adsorbat yang belum teradsorbsi

berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida.

Beberapa faktor yang mempengaruhi adsorbsi antara lain ialah: Sifat Adsorbat

Besarnya adsorpsi zat terlarut tergantung pada kelarutannya pada pelarut. Kenaikan kelarutan menunjukkan ikatan yang kuat antara zat terlarut dengan pelarut. Apabila adsorbat memiliki kelarutan yang besar, maka ikatan antara zat terlarut dan pelarut makin kuat sehingga adsorpsi akan semakin kecil karena sebelum adsorpsi terjadi diperlukan energi yang besar untuk memecahkan ikatan zat terlarut dengan pelarut.

Konsentrasi Adsorbat Adsorpsi akan meningkat dengan kenaikan konsentrasi adsorbat. Adsorpsi akan konstan jika terjadi kesetimbangan antara konsentarasi adsorbat yang terserap dengan konsentrasi yang tersisa dalam larutan.

Sifat Adsorben Adsorpsi secara umum terjadi pada semua permukaan, namun besarnya ditentukan oleh luas permukaan adsorben yang kontak dengan adsorbat. Luas permukaan adsorben sangat berpengaruh terhadap proses adsorpsi. Adsorpsi merupakan suatu kejadian permukaan sehingga besarnya adsorpsi sebanding dengan luas permukaan. Semakin banyak permukaan yang kontak dengan adsorbat maka akan semakin besar pula adsorpsi yang terjadi.

Temperatur Reaksi yang terjadi pada adsorpsi biasanya eksotermis, oleh karena itu adsorpsi akan besar jika temperatur rendah.

Waktu Kontak dan Pengocokan Waktu kontak yang cukup diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi. Jika fasa cair berisi adsorben diam, maka difusi adsorbat melalui permukaan adsorben akan lambat. Oleh karena itu, diperlukan pengocokan untuk mempercepat proses adsorpsi.

pH (Derajat Keasaman) Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan dengan penambahan asam-asam mineral. Hal ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi



ionisasi asam organik tersebut, sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.

3. Ada dua istilah yang sangat mirip, yaitu adsorpsi dan absorpsi. Jelaskan kepada kelompok anda tentang perbedaan pengertian dari adsorpsi dan absorpsi. Adsorpsi terbagi menjadi dua, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Jelaskan perbedaan antara kedua adsorpsi tersebut

Absorpsi adalah suatu peristiwa penyerapan atau peresapan zat cair ke zat cair lain atau zat padat, hingga keduanya menyatu

Adsorpsi merupakan proses penyerapan zat, dapat berupa gas atau cairan yang hanya terserap pada suatu permukaan zat padat atau zat cair. Zat yang diserap hanya berapa di sekeliling permukaan zat. Karena zat yang terserap hanya di permukaan, maka zat itu menutupi seluruh permukaan zat. Dikatakan zat itu dapat berfungsi sebagai selimut.

Adsorpsi ada dua jenis, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.o Physisorption (adsorpsi fisika)

Terjadi karena gaya Van der Walls dimana ketika gaya tarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media. Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol. Contoh : adsorpsi oleh arang aktif. Aktivasi arang aktif pada temperatur yang tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi.

o Chemisorption (adsorpsi kimia)Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara substansi terlarut

dalam larutan dengan molekul dalam media. Chemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Walls atau melalui ikatan hidrogen. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Contoh : Ion exchange.

4. Bagaimana metode desorpsi atau proses regenerasi adsorben? Jelaskan dan berikan contoh atau gambaran prosesnya

Desorpsi adalah proses pelepasan kembali ion/ molekul yang telah berikatan dengan gugus aktif pada adsorben. Laju desorpsi adsorbat (Rdes) dari substrat dapat dituliskan sebagai :

Rdes=k N x

Dimana :x = orde desorpsik = tetapan laju desorpsiN = konsentrasi spesies permukaanDesorpsi dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantarnya adalah : Menaikkan temperatur adsorbent di atas temperature didih adsorbent, dengan cara mengalirkan

uap panas/ udara panas atau dengan pemansan Menambahkan bahan kimia atau secara kimia Menurunkan tekanan Pencucian dengan bahan yang tak dapat diadsorpsi Pendesakan dengan bahan yang dapat teradsorpsi lebih baik Ekstraksi menggunakan pelarut



5. Untuk menentukan daya adsorb dari suatu padatan atau cairan, biasanya dilakukan penelitian cara mengukur volume dari gas yang teradsorb pada suhu tetap, sehingga dikenal istilah adsorpsi isotermis. Data hasil percobaan ini kemudian dibuat dalam bentuk kurva. Diketahui bahwa ada 5 tipe kurva adsorpsi isotermis, jelaskan kelima tipe kurva tersebut dan berikan contoh (beserta kurvanya)

Gambar 5.1 Kurva Adsorpsi Isotermis

a. Tipe I Jenis ini disebut Langmuir Isoterm menggambarkan adsorpsi satu lapis (monolayer).

Jumlah molekul adsorbat mendekati harga pembatas saat P/P0 mendekati satu. Jenis ini biasanya diperoleh dari adsorben berpori kecil (mikropori) kurang dari 2 nm dan luas area eksternal yang sangat sedikit. Kurva jenis ini biasanya diperoleh dari adsorben karbon aktif dan zeolit molecular sieve. Persamaan umum yang digunakan pada Langmuir adalah

θ=ωL

= BP1+BP

Dimana: ω = jumlah mol gas teradsorpsi per satuan massa adsorben θ = fraksi luas permukaan yang tertutup oleh lapisan monolayer B = konstanta adsorpsi Langmuir yang besarnya bergantung pada temperatur P = tekanan adsorpsi



L = maksimum kapasitas adsorpsi pada model Langmuir dan Model BET Pada tekanan rendah, persamaan isoterm dapat disederhanakan menjadi bentuk linier mengikuti hukum Henry’s sebagai berikut :

θ = B PParameter B dinamakan konstanta afinitas atau konstanta Langmuir. Parameter B mengukur seberapa besar molekul adsorbat yang terserap ke permukaan. Parameter B ini berhubungan dengan kalor adsorpsi (Q ), dengan persamaan sebagai berikut:

b = ( αkd √2 πmkT )exp ( Q

RT )dengan: α = koefisien nonperfect sticking kd∞ = koefisien kecepatan desorpsi pada temperatur tak terhingga

Persamaan Langmuir diatas didasarkan pada asumsi: • Adsorben dilapisi satu lapisan molekul gas adsorbat (unimolekular atau monolayer) • Molekul teradsorpsi tidak bebas bergerak pada permukaan • Tidak ada interaksi lateral di antara molekul-molekul adsorbat • Entalpi adsorpsi sama untuk semua molekul

b. Tipe II Jenis ini adalah bentuk normal isoterm pada adsorben tak berpori (nonpori) atau padatan

berpori besar (macropores) dengan ukuran lebih besar dari 50 nm yang menunjukkan adsorpsi monolayer - multilayer. Titik B yang ditunjukkan pada gambar menunjukkan kondisi awal tahap linier dari isoterm, biasanya digunakan untuk mengindikasikan tekanan relatif saat pelapisan monolayer selesai.

Isotermal Brunauer-Emmett-Teller atau BET merupakan persamaan teoritikal yang banyak diaplikasikan dalam sistem keseimbangan gas-solid. Model ini merupakan lanjutan dari model isotermal Langmuir yang dikembangkan untuk menjelaskan adsorpsi multilayer. Pada lapisan pertama, kecepatan kondensasi (adsorpsi) dari bagian permukaan adsorben yang kosong sama dengan kecepatan evaporasi (desorpsi) bagian yang tertutupi oleh hanya satu molekul adsorbat. Keseimbangan ini juga terjadi pada semua lapisan berikutnya.

Asumsi penting yang kemudian dapat dibuat pada model isotermal ini adalah bahwa panas adsorpsi diluar lapisan pertama adalah konstan dan sama dengan panas pencairan. Model persamaan isotermal dari BET adalah dapat ditulis sebagai berikut

ωL

= CP

( Ps−P )[1+(C−1 )( PPs )]

Dimana: ω = jumlah mol gas teradsorpsi per satuan unit massa adsorben L = maksimum kapasitas adsorpsi pada model Langmuir dan Model BET P = tekanan gas saat teradsorpsi Ps = tekanan jenuh adsorbat gas hingga mencapai kapasitas maksimum adsorpsi C = parameter adsorpsi isotermis model BET

c. Tipe III



Jenis ini menunjukkan tipe kuantitas adsorben semakin tinggi saat tekanan relatif bertambah. Tidak adanya titik B seperti pada jenis kedua disebabkan karena interaksi adsorbat-adsorbat yang lebih kuat dibanding adsorben-adsorben. Sama seperti tipe II, jumlah lapisan pada permukaan adsorben tidak terbatas (multilayer).

d. Tipe IV Jenis ini hampir sama dengan tipe II pada rentang tekanan relatif rendah sampai menegah. Volume terbesar adsorbat yang teradsorpsi dapat dihitung dari capillary condensation yang telah sempurna mengisi pori. Kurva jenis ini dihasilkan dari padatan adsorben berukuran mesopore (2-50 nm).

e. Tipe V Jenis ini hampir sama dengan tipe III, dihasilkan dari interaksi yang rendah antara adsorben dengan adsorbat. Tipe V ini juga ditunjukkan oleh pori dengan ukuran sama seperti tipe IV.

6. Ada lima tipe isotherm adsorpsi fisika. Tipe yang pertama berhubungan dengan pembentukan adsorpsi monolayer, sedang tipe dua sampai lima adalah adsorpsi multilayer. Seorang peneliti ingin membuktikan bahwa adsorpsi gas N2 pada permukaan suatu padatan merupakan isotherm adsorpsi tipe II. Dia melakukan penelitian pada suhu 90.1oK dan data yang dia peroleh adalah sbb :

P/Po 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25V (cc) 51.3 58.8 64.0 68.9 74.2

Pertanyaan : Buktikan bahwa data tersebut mengikuti kurva isotherm adsorpsi tipe II, sesuai

dengan hipotesis dari si peneliti! Tentukan nilai vm dan c!

JawabanMemplot 1/(V[(Po/P)]-1) versus P/Po sehingga dihasilkanlah sebuah kurva. P/Po

bertindak sebagai sumbu x sedangkan 1

V (Po/ P)−1 bertindak sebagai sumbu y.

Berikut hasil kurvanya :



Kurva adsorpsi isotermis tipe II dari literatur :

Setelah dibandingkan ternyata kurva yang dihasilkan tidak begitu mirip dengan kurva tipe II literatur. Kemiripannya hanya sedikit saja. Mungkin karena data yang digunakan hanya 5 buah saja jadi kurang begitu menggambarkan. Namun tetap berdasarkan literatur, data dalam tabel mengikuti kurva adsorpsi isotermis tipe II dan persamaan BET karena nilai P/Po nya berkisar antara 0.05-0.30.

Selanjutnya, dari grafik di atas dan dengan menggunakan metode least square didapatlah nilai b (slope) adalah 0.0120356 dan nilai a (intercept) adalah 0.00045878.

Volume monolayer, vm=1

s+i dengan s adalah slope kurva dan i adalah y-intercept.

vm=1

0.0120356+0.00045878vm=80.036

Kemudian untuk mencari nilai c dapat digunakan persamaan :



di mana X adalah nilai P/Po. X yang digunakan adalah X rata-rata yaitu 0.15, V yang digunakan juga V rata-rata yaitu 63.44.

0.1563.44(1−0.15)

= 180.04 c

+ c−180.04 c

0.15

0.1553.924

=0.15 c+0.8580.04 c

3.9174 c=45.8354c=11.70

7. Tuliskan cara lain yang bisa digunakan untuk degradasi adsorbat dan regenerasi adsorben? Apa kelebihan fotokatalisis heterogen? Berikan contoh adsorben apa yang dapat digunakan untuk proses ini. Jelaskan secara singkat sesuai dengan literatur

Fotokatalis heterogen didefinisikan sebagai proses katalisis dimana satu atau lebih tahapan reaksi berlangsung dengan kehadiran pasangan electron-hole yang dihasilkan pada permukaan bahan semiokonduktor yang diiluminasi oleh cahaya pada tingkat energi yang sesuai. Adapun prosesenya dapat dilakukan dalam berbagai media, yaitu organik murni fase cair dan larutan encer.

Proses keseluruhan yang terjadi padea reaksi katalisis heterogen, baik yang diaktifasi secara termal (katalisis konvensional) maupun yang diaktivasi dengan cahaya (fotokatalis) adalah sebagai berikut 1. Transfer massa reaktan dalam fase fluida (cair atau gas) ke permukaan katalis.2. Adsorpsi reaktan ke permukaan katalis.3. reaksi dalam fase teradsorpsi.4. Desorpsi produk dari permukaan.5. Pemindahan produk (transfer massa) dari daerah antar permukaan (interfasa).

Fotokatalis yang mendapat perhatian utama dan banyak dikembangkan adalah bahan semikonduktor. Semikonduktor oksida logam seperti TiO2, ZnO, Fe2O3, sering digunakan sebagai katalis dalam penanganan berbagai polutan organik dan zat pewarna . Fotoaktivitas oksida-oksida logam tersebut dapat ditingkatkan dengan cara menurunkan ukuran partikel hingga 1-10 nanometer. Semikonduktor yang dibuat hingga ukuran tersebut dikenal sebagai nanopartikel. Nanopartikel dapat dibuat dengan cara mengembankan oksida logam dalam bahan inang, seperti polimer, lempung dan zeolit. Sebagai bahan inang, lempung lebih mudah diperoleh dan lebih murah dibandingkan dengan bahan lain karena keberadaannya yang melimpah dan tersebar luas di alam terutama di Indonesia. Lempung yang digunakan adalah jenis montmorilonit yang memiliki kemampuan mengembang serta kapasitas tukar kation yang tinggi. Jadi dengan memilarkan lempung dengan menggunakan oksida logam diharapkan dapat dihasilkan fotokatalis yang tetap memiliki kemampuan fotoaktivitas yang tinggi.

8. Mengapa kaca/cermin yang dilapisis TiO2 tidak nampak berkabut ? Struktur anatase merupakan bentuk yang paling aktif



untuk proses fotokatalis. Sementara itu, dari hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh para ahli, ternyata fase kristal dari TiO2 yang lain, rutile, juga dapat digunakan untuk mengadsorp gas nitrogen. Salah seorang peneliti keudian mencoba melakukan penelitian mengenai adsorpsi gas nitrogen pada fase rutil TiO2 ini. Percobaan dilakukan pada suhu 75 K. Data yang diperoleh dari peecobaan adalah sebagai berikut.

P x 103

(atm)

1,58

18,42 60,26 115,13

168,03

216,32

269,34

V x 10-

2 (cm3)6,01

7,20 8,22 8,35 10,46 11,46 12,54

Untuk membuktikan lapisan apakah yang terbentuk pada peristiwa adsorpsi ini, peneliti tersebut mencocokkan data yang diperoleh dari percobaan dengan persamaan isoterm Langmuir dan persamaan isoterm BET, yang diturunkan oleh Brunauer, Emmet, dan Teller, dari konsep monolayer isoterm Langmuir. Jelaskan perbedaan antara kedua persamaan isoterm tersebut. Jelaskan juga perbedaannya dengan adsorbsi isotermis Freundlich. Diketahui bahwa pada 75 K, tekanan kondensasi gas adalah 0,75 atm. Berdasarkan data hasil penelitian di atas, kesimpulan apakah yang diperoleh oleh peneliti tersebut ? Kemudian tentukan harga volume untuk membentuk satu lapisan tunggal dan nilai konstansta C, jika yang terbentuk adalah multilayer.

Semikonduktor fotokatalis TiO2 memiliki sifat hidrofilik yang dapat dimanfaatkan untuk aplikasi antikabut di material tertentu, seperti plastik dan kaca. Kabut sendiri adalah campuran aerosol cair, yang dimana ketika terkena suatu permukaan benda padat yang memiliki sifat yang tidak hidrofilik, akan terbentuk air pada keadaan droplet, yang akan menimbulkan efek “berkabut”

TiO2 pada struktur rutile memiliki kemampuan sebagai adsorbent gas nitrogen, yang mana tipe adsorpsi nya mengikuti salah satu dari beberapa persamaan adsorpsi isothermis (Langmuir,BET, dll). Untuk memperoleh kesimpulan dari data hasil penelitian pada pemicu, Pertama-tama dilakukan uji grafik untuk menentukan persamaan isoterm yang berlaku pada proses adsorpsi tersebut. Kemudian, untuk mengetahui lapisan apakah yang terbentuk pada proses adsorpsi tersebut dilakukan perbandingan antara V yang teradsorpsi dengan V untuk membentuk satu lapisan tunggal berdasarkan persamaan isoterm yang berlaku.

Persamaan LangmuirPada persamaan Langmuir, hubungan antara tekanan dan volume gas yang diadsorpsi bisa

dihubungkan dengan membuat asumsi bahwa lapisan gas teradsorpsi yang tersusun diatas permukaan adsorben hanya mempunyai satu lapisan saja (monolayer). Bagian/fraksi permukaan adsorben yang tertutup oleh gas teradsorpsi dilambangkan dengan θ, dan bagian yang tidak tertutup gas adalah 1-θ.

Dengan membuat asumsi bahwa adsorpsi akan mencapai keadaan maksimal (θ=1¿, maka θ = V/V∞, dimana V adalah volume gas teradsorpsi pada tekanan tertentu, dan V∞ adalah volume gas teradsorpsi saat keadaan θ=1, Maka hubungan antara P dan V bisa dihubungkan menjadi:



Dengan memplot p/V sebagai sumbu y dan p sebagai sumbu x. Sehingga akanmemberikan garis lurus dengan kemiringan 1/V∞ (m) dan intersep 1/KV∞ (c).

p*(103)

V*(10-

2)p V p/V

1,58 6,01 0,00158

601

2,62895E-06

18,42 7,2 0,01842

720

2,55833E-05

60,26 8,22 0,06026

822

7,3309E-05

115,13

8,35 0,11513

835

0,00013788

168,03

10,46 0,16803

1046

0,000160641

216,32

11,46 0,21632

1146

0,000188761

269,34

12,54 0,26934

1254

0,000214785

grafiknya adalah sebagai berikut:

0 1 2 3 4 5 6 7 80

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

f(x) = 0.0466732142857143 x − 0.0653957142857143R² = 0.986821304084421

Grafik Model Langmuir

Persamaan BET Persamaan BET digunakan ketika kita mengambil asumsi bahwa adsorpsi gas nitrogen oleh

TiO2 tidak monolayer. Berarti gas nitrogen yang terserap dapat membentuk lapisan diatas gas terserap yang terikat oleh permukaan adsorben. Pada persamaan BET, hubungan antara volume gas terserap dan tekanan gas dihubungkan dengan persamaan:



Dengan melakukan plot data pada grafik dengan z/((1-z)V) sebagai nilai y dan z sebagai nilai x akan didapat (c-1)/cVmon dan intersep 1/cVmon. (z = p/p, di mana p=tekanan kondensasi gas)

Data untuk plot adalah sebagai berikut:

Z Z/((1-Z)V)

0.002106667 0.0035126690.02456 0.0349699740.080346667 0.106284980.153506667 0.2171786970.22404 0.2760288940.288426667 0.3536967990.35912 0.446853678

Dan grafiknya adalah sebagai berikut:

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.450.5

f(x) = 1.22332677218394 x + 0.007655613843399R² = 0.996341367792926

Chart Title

z

z/((1

-z)V

)

Grafik Model BET

Berdasarkan kedua nilai R2, diketahui bahwa pada proses adsorpsi tersebut berlaku persamaan isoterm BET karena lebih mendekati nilai 1

Selain itu, berdasarkan grafik di atas, diperoleh nilai 1/cVmon = 8×10-6 cm-3 dan (c-1)/cVmon = 0,001 cm-3. Sehingga akan didapat nilai c = 126 dan Vmon = 992 cm3.

Volum akhir yang terdapat pada data adalah 1254 cm3, lebih besar dibanding volum untuk membentuk satu lapisan tunggal (Vmon) sehingga disimpulkan bahwa lapisan yang terbentuk adalah lapisan multilayer.

Seperti yang sudah dikemukakan sebelumnya, bahwa persamaan Isotermis Langmuir berlaku untuk adsorpsi monolayer, sedangkan BET berlaku untuk multilayer. Hal ini menyebabkan persamaan Isotermis Langmuir lebih cocok digunakan untuk adsorpsi kimiawi (cenderung monolayer), dan persamaan Isotermis BET untuk adsorpsi fisika (kebanyakan multilayer)

Bagaimana perbedaannya dengan persamaan isotermis Freundlich? Persamaan tersebut hanya dipakai pada saat fase adsorbat cair dan encer. Dan tidak cocok untuk adsorpsi gas, apalagi jika dilakukan saat tekanan tinggi.



9. Untuk mengatasi limbah asam asetat dari pabrik parasetamol, suatu penelitian dilakukan dengan menguji kemampuan daya adsorps karbon aktif terhadap asam asetat tersebut. Penelitian dilakukan pada suhu 25oC, dan data yang diperoleh dapat ditabelkan seperti berikut ini:

[acid]/(mol dm-3) 0,05 0,10 0,50 1,0 1,5Wa/g 0,04 0,06 0,12 0,16 0,19

Dengan wa adalah massa asam asetat yang teradsorp per-massa karbon aktif.Ujilah, apakah data tersebut mengikuti Isoterm Freundlich? Jika iya, tentukan parameter-parameter yang ada dalam persamaan isoterm tersebut dan jelaskan secara singkat.

Persamaan Freundlich dalam bentuk faktor logaritma :logWa=logK+1 /n(logC )

Dengan memplot log Wa sebagai sumbu y dan Log C sebagai sumbu xlog c log wa

-1,30103 -1,3979-1 -1,2218

-0,30103 -0,92080 -0,7958

0,176091 -0,7212

-1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

f(x) = 0.450036657394437 x − 0.793191813883357R² = 0.99714538587537

log c

log

Wa

Gambar 9.1 Hubungan antara log Wa dengan log C


kemiringan(x)intersepy


Sehingga pada suhu 25 0 C dan data yang diberikan antara massa asam aestat yang ter-adsorpsi per-massa karbon aktif dan konsentrasi larutan isoterm Freundlich dengan dasar plot grafik persamaan isoterm Freundlich menghasilkan garis linear (R) (mendekati linear, linearitas 0,9971).

Dari metode ligresi linear diperolehY= 0,45x-0,7932

Maka :Intersep = log K-0,7932 = logK

K = 0,161 (konstanta Freundlich )Gradien = 1/n

0,45 = 1/nn = 2,22(konstanta Freundlich )

10. Dua persamaan (model) sebelum, yaitu Freundlich dan Sips mempunyai batasan. Persammaan Freundlich tidak berlaku pada tekanan rendah dan titik tekanan yang tinggi, dan persamaan Sips tidak berlaku pada tekanan rendah. Persamaan Toth menjelaskan beberapa sistem dengan sumbonolayer. Tuliskan dan jelaskan persamaan Sips (Langmuir-Freundlich), persamaan Toth dan model adsorpsi Dubinin-Radushkevich? Persamaan Sips sama seperti persamaan Freundlich, tetapi persamaan Sips punya batasan

tekanan yang cukup tinggi. Perbedaan persamaan ini dengan persamaan Langmuir adalah penambahan parameter “n” di persamaan Sips.

Dimana :qe : jumlah adsorbat yang teradsorpsi ke dalam adsorben pada keadaan kesetimbanganqm : kapasitas adsorben dalam mengadsorpsiKs dan ns : konstanta SipsCe : konsentrasi adsorbat

Persamaan Toth menjelaskan beberapa sistem dengan submonolayer

Dimana :qe : jumlah adsorbat yang teradsorpsi ke dalam adsorben pada keadaan kesetimbanganqm : kapasitas adsorben dalam mengadsorpsiKT dan nT : konstanta TothCe : konsentrasi adsorbat

Persamaan Dubinin-Radushkevich dapat dituliskan sebagai berikut:

Dimana :Qe (mg/g) : kapasitas adsorpsi saat kesetimbangan



QDR (mg/g) : kapasitas adsorpsi maksimum persamaan Dubinin-Radushkevich. Ɛ : potensial Polanyi yang dapat ditentukan dalam persamaan

Dimana R : konstanta gas ideal, (8.3143 J/K.mol) T : suhu kontak.

Energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea) (kJ/mol) dapat ditentukan berdasarkan Persamaan Dubinin-Radushkevich dengan menyubstitusi nilai konstanta Dubinin- Radushkevich, K (kJ2/mol2), dari plot ln Qe terhadap ε2.

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/molmaka proses adsorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi kimia

11. Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah adalah adsorbent-adsorbent tersebut hanya memiliki kapasitas adsorpsi yang rendah dan keterbatasan efisiensi, sedangkan jumlah ion logam berat yang ada dalam air limbah semakin banyak dari hari ke hari. Lalu bagaimana solusinya? Apa yang anda ketahui tentang nanomaterial untuk adsorpsi? Jelaskan dan berikan kriteria atau contoh nanosorbent yang dapat digunakan untuk menghilangkan logam berat dari limbahBerbagai jenis nanomaterial yang dapat digunakan di dalam pengolahan limbah antara lain a. Polimer dendrite termasuk polimer dendrigraft, Dendron, dan dendrimer

Dendrimer dapat dijumpai dalam beragam bentuk (kerucut, bola, dan cakram) dan ukuran (antara 2-20 nm). Salah satu penelitian yang dilakukan oleh Diallo (2005) membuktikan bahwa dendrimer dapat digunakan untuk pembaruan ion tembaga (Cu[II]) dari dalam larutan. Polimer dendrite juga dapat dimanfaatkan sebagai ligan bagi logam beracun.

b. Oksida logam termasuk titanium oksida (TiO2), zink oksida (ZnO), dan cerium oksida (CeO2)Oksida-oksida logam tersebut memiliki luas permukaan yang besar sehingga cocok untuk dimanfaatkan sebagai adsorben dalam proses pemurnian air. TiO2 dan Cu2O nano digunakan dalam oksidasi elektrokatalitik untuk penyisihan senyawa organik dan COD. Nanopartikel zink oksida dapat dimanfaatkan untuk penyisihan arsenik dari dalam air.

c. Nano partikel zeolitZeolit dimanfaatkan sebagai media pertukaran ion untuk ion logam dan merupakan sorben yang efektif untuk penyisihan ion logam. Beberapa logam berat dari limbah electroplating dan air asam tambang yang dapat disisihkan menggunakan zeolit yaitu Cr(III), Ni(II), Zn(II), Cu(II), dan Cd(II).

d. Nano partikel berbasis karbonNano partikel berbasis karbon memiliki kapasitas dan selektivitas yang tinggi bagi polutan organik di dalam air sehingga dimanfaatkan sebagai sorben. Buckyballs, carbon nanotube (CNT), nano diamonds, dan nanowires merupakan contoh-contoh nano partikel berbasis karbon. CNT dengan dinding berlapis digunakan dalam penyusihan 2,4,6-triklorofenol dan Cu(II).

e. Besi bervalensi nol (Zero Valent Iron, ZVI)ZVI berguna untuk remediasi air, sedimen, dan tanah dengan cara mengurangi kontaminan (nitrat, trikloroetena, dan tetrakloroetena)



12. Kelemahan oksida metal ukuran nano adalah sulit dipisahkan dari air limbah karena tingginya energi bagian permukaan. Karena alasan ini banyak peneliti yang beralih mengembangkan nanosorbent dari polimer. Jelaskan kenapa para peneliti beralih ke nanosorbent polimer? Sebutkan kelebihan dari nanosorbent polimer?

Polimer Dendrimers merupakan adsorben yang dirancang agar mampu melepaskan senyawa organik dan logam berat. Kulit dalamnya dapat bersifat hidrofobik untuk penyerapan senyawa organik sedangkan bagian luar dapat disesuaikan (misalnya, hidroksil-atau amina) untuk adsorpsi logam berat. Penyerapan tersebut dapat didasarkan pada kompleksasi, interaksi elektrostatik, efek hidrofobik, dan ikatan hidrogen. Sebuah sistem dendrimer-ultrafiltrasi ini dirancang untuk memulihkan ion logam dari larutan berair. Sistem ini mencapai pembersihan yang hampir sempuna dari ion Cu2+ dengan konsentrasi awal 10 ppm dan Cu2þ untuk PAMAM dendrimer-NH2 rasio 0,2. Setelah adsorpsi, ion logam pada dendrimers dikembalikan oleh ultrafiltrasi dan regenerasi dengan mengurangi pH sampai 4.

Nanosorben dari polimer lebih baik dari nano oksida metal karena nanosorben dari polimer lebih mudah untuk terdegradasi, dengan kata lain nanosorben lebih mudah melepaskan adsorbat yang telah diserapnya. Oleh karena itu, nanosorben dari polimer dapat digunakan kembali untuk menyerap adsorbat kembali. Nanosorben dari polimer juga lebih efisien dibandingkan dengan nano oksida metal, dengan kata lain nanosorben dari polimer memiliki daya adsorpsi lebih besar dibandingkan dengan daya adsorpsi dari nano oksida metal. Oksida metal pada nano oksida metal juga cenderung mudah terlepas sehingga dapat mencemarkan dan justru mengotori adsorbat.

BAB IIIPENUTUP

III.1. KESIMPULAN

1. Surfaktan merupakan molekul yang memiliki gugus polar yang suka air (hidrofilik) dan gugus non polar yang suka minyak (lipofilik) sekaligus, sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari minyak dan air.

2. Surfaktan secara umum terbagi atas 3 golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsion agent) dan sebagai bahan pelarut (solubilizing agent).

3. Minyak sawit dapat digunakan sebagai pengganti surfaktan yang ‘non biodegradable’4. Faktor yang dapat mempengaruhi tegangan permukaan, yaitu suhu, jenis cairan, surfaktan,

kemampuan membasahi benda, zat terlarut5. Penentuan dan pengukuran tegangan permukaan dapat dilakukan dengan enam metode, yaitu :

Metode kapiler, Metode tekanan gelembung maksimum, Metode wihelmy, Metode cincin, Metode bobot tetes, Metode menghitung jumlah tetes


http://id.wikipedia.org/wiki/Pelarut

http://id.wikipedia.org/wiki/Emulsi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pembasah&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lipofilik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrofilik

http://id.wikipedia.org/wiki/Air


6. Beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menghilangkan logam dari limbah, yaitu Presipitasi, Pertukaran ion, Adsorpsi, Teknologi membrane, Detoksifikasi (Biopresipitasi), Biohidrometalurgi, Bioleaching, Bioakumulasi

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2006. Atkin’s Physical Chemistry Eighth Edition. New York : W.H. Freeman and Company.

Hidayati,Muthia Putri.2013. Booklet EOR IATMI SMUI.Depok:Departemen Kurikulum IATMI SMUI 2013

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/17135/4/Chapter%20II.pdf, diakses tanggal 15 November 2013.

http://dony-romadona.blogspot.com/2012/09/surfaktan-dan-produk.html, diakses tanggal 15 November 2013.

http://kyoshiro67.files.wordpress.com/2010/04/surfaktan.pdf, diunduh pada tanggal 15 November, pk. 04.24;


http://kyoshiro67.files.wordpress.com/2010/04/surfaktan.pdf

http://dony-romadona.blogspot.com/2012/09/surfaktan-dan-produk.html

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/17135/4/Chapter%20II.pdf


http://ffarmasi.unand.ac.id/RPKPS/Bahan_Ajar/Deni%20N/Materi%20Ajar%20Farmasi%20Fisika%20II.pdf, diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 04.15;

http://karofarmasirolas.files.wordpress.com/2013/04/tegangan-permukaan.ppt, diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 06.25;

http://erindyah.web.ugm.ac.id/wp-content/uploads/2006/10/antarmuka1.ppt, diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 06.25;

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_ocr_21c/natural_environment/hydrosphererev4.shtml, diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 06.43;

http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/index.php/Bioleaching_reactions; diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 06.33;

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/utilitas-pabrik/penukar-ion/, diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 06.40;

http://boelankpoe.blogspot.com/2009/10/desalinasi-air-payau-menggunakan.html, diunduh pada tanggal 15 November 2013, pk. 06.44 ;

http://www.airlimbah.com/2013/08/25/nanoteknologi-di-dalam-pengolahan-air-limbah/ diunduh pada tanggal 20 November 2013, pk 21.25


Maron, Samuel H. dan Jerome B. Lando. 1974. Fundamentals of Physical Chemistry. USA : Macmillan Publishing.

Prof. Dr. Sukardjo. 2013. “Kimia Fisika”. Jakarta : PT Rineka Cipta



http://www.airlimbah.com/2013/08/25/nanoteknologi-di-dalam-pengolahan-air-limbah/

http://boelankpoe.blogspot.com/2009/10/desalinasi-air-payau-menggunakan.html

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/utilitas-pabrik/penukar-ion/

http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/index.php/Bioleaching_reactions

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_ocr_21c/natural_environment/hydrosphererev4.shtml

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_ocr_21c/natural_environment/hydrosphererev4.shtml

http://erindyah.web.ugm.ac.id/wp-content/uploads/2006/10/antarmuka1.ppt

http://karofarmasirolas.files.wordpress.com/2013/04/tegangan-permukaan.ppt

http://ffarmasi.unand.ac.id/RPKPS/Bahan_Ajar/Deni%20N/Materi%20Ajar%20Farmasi%20Fisika%20II.pdf

http://ffarmasi.unand.ac.id/RPKPS/Bahan_Ajar/Deni%20N/Materi%20Ajar%20Farmasi%20Fisika%20II.pdf


LAMPIRAN


3 fix

Documents