koefisien transfer massa adsorpsi logam berat cr dan zn dengan pasir berlapis besi oksida

KOEP-ISIEN TRANSFER MASSA ADSORPSILOGAM BERAT Cr DAN Zn DENGAN PASIR

BERLAPIS BESI OKSIDA (Fe203)YC. Danarto*,SurhanKurniawan~ danAgungPrasetyo"*)StafPengajarJurusanTeknikKimiaFakultasTeknikUNS**)MahasiswaJurusanTeknikKimiaFakultasTeknikUNS

Abstract: Sorptionintoiron-oxidecoatedsandis promisingtechnologyforremovalof thedissolvedheavymetalfractionin theheavymetalsolution.Theobjectiveof thisresearchwas-to studytheeffectof temperatureupontomasstransfercoefficientof heavymetalsin solutiontoadsorben(kca).Theexperimentwascarriedoutin a stirredbatchflask.lron-oxidecoatedsand was contactedwithheavy metalsolution(Zn and CrYat constanttemperature.Samples was drawn at certain times and the remainingheavy metalcontentrationwasmeasuredbyAtomicAbsorptionSpectrophotometer(AAS). Theresultsshowedthatthe temperaturehad significanteffectto the mass-transfercoefficientandcouldbeexpressedas :

kea = 1O69.34.ex{- 33~1.9)for Crsolutions

.1 2443.6)kea = 133.18.ex1..- T forZn solutions

Therelativeerrorswere10.49%and4.88%,respectively.

Keywords: ironoxidecoatedsand,adsorption,mass-transfercoefficient

PENDAHUlUANDengan semakin

berkembangnyaindustri,sepertiindustrikertas, tekstil, penyamak kulit dansebagainya, semakin banyak pulalegam berat yang dibuang sebagailimbah.Logam yang dimaksudadalahtimbai (Pb), kromium (Cr), tembaga(Cu), kadmium(Cd),nikel(Ni),dansellg(Zn). Umball ini akan menyebabkanpencemaranseriusterhadaplingkunganjika kandungan logam berat yangterdapatdi dalamnyamelebihiambangbatasdan akan menyebabkanpenyakitserius bagi manusia apabilaterakumulasidi dalamtubuh.Beberapametode kimia maupun bi%gis telahdicoba untuk mengambi!logam beratyang terdapat di dalam limbah,diantaranyaadsorpsi, pertukaranion,pemisahandenganmembran,dan yang/ainnya.Proses adsorpsi lebih banyakdipakai dalam industri karena lebihekonomis.

Kebanyakan adsorben yangdigunakan dalam proses adsorpsiadalahalumina,karbonaktif,silica gel,den zeolit. Adsorban tersebut

26

mempunyaikemampuanadsorpsiyangbaik tetapitidakekonomis.Dewasa Inisedangdigalakkanpenelitianmengenaipenggunaanadsorben.alternatifyangberasal dari a/am, dimana selainmemilikikemampuanadsorpsiyangbaikjugaekonomis.

Salah satu adsorben alternatifyang menjanjikanadalah pasir karel1adisampingtersedialuasdi hampirsetiaptempat juga harganya yang relatifmurah. Penelitian Muhammad et al(1997 and 1998) menunjukkanbahwapasir mempunyai kemampuanmenyeraplogamCu, Cr, Cd dan Pb.Adsorpsi tersebut menggunakanalatslowsandfiltration.Untukmeningkatk;:mefisiel1sipenyerapan,M011eret al (2002)dan Benjaminet al (1993 and 1996)menggunakanpasir yang dilapisi besioksida. M011eret al (2002) jugamenggunakanpasir yang telah dilapisibesi oksida untuk mengurangikadarlagam \ berat.Hasil penelitianmenunjukkanbahwa pelapisan pasirdenganbesi oksidaakanmeningkatkanluaspori-poriadsorben.

'"

Ekuilibrium,Vol4,No 1,2005: 26- 30

Kebanyakan penelitian mengenaiadsoprsi logam berat menggunakanpendekatan kesetimbangan adsorpsisaja padahalmenurutVolensky(2000)transfer massa logam berat dalamcairan ke adsorben sangatmempengaruhi kecepatan adsorpsisecarakeseluruhan.

Penelitian ini bertujuanmempelajaripengaruh suhu terhadapnilai koefisien transfer massa logamberatdalamlarutankeadsorben.

DASAR TEORIProses adsorpsi terjadi pada

permukaanpori-pori dalam adsorben,sehinggauntukbisa teradsorpsi,logamdalamcairanmengalamiproses-prosesserisebagaiberikut:1. Perpindahan massa logam dari

cairanke permukaanadsorben2. Difusidari perrnukaanadsorbenke

da!amadsorbenmelaluipori3. Perpindahan massa logam dari

caiian dalam pori ke dindingporiadsorben

4. Adsorpsi logam pada dindingporiadsorben

Perpindahanmasse logamdari cairandalamporikedindingporiadsorbendanadsorpsi pada dinding pori adsorbenumumnya berlangsung sangat cepatsehingga proses ini tidak mengontrolkecep~tanadsorpsisecarakeseluruhan.Akibatnya yang mengontrol adalahperpindahan massa dari cairan kepermukaan butir atau difusi daripermukaan adsorben ke dalamadsorbenmelaluipori. ( SediawandanPrasetya,1997)

Pada penelitian ini, adsorbenyang digunakanberukuransangatkecilsehingga difusi dari permukaanadsorben ke dalam adsorben dapatdiabaikan.Jadi yangmengontrolprosesadsorpsi secara keseluruhan adalahperpindahan massa dari cairan kepermukaanbutiradsorben.

Neracamassalogampadafasecair,

- kp (CL - C*).v =V dCL. dt(1)

Gambar '1. Transfer massa antarfasacair-padat

Neracamassalogampadafasepadat,

~ dCkeG(CL - C )V =M E...dt

Karena luas transfermassa antarfasesukar untukdiketahui,makadigunakanfaktora yang nlenunjukkanluas mukatransfer massa antar permukaanpersatuanvolumetotal.

Hubungan kesetimbanganadsorpsi mengikuti persamaan yangmiriphukumHenry,

Cp=KH.C'

(2)

"

(3)

Persamaan empiris yangmenyatakan hubungan koefisientransfermassakCaterhadapsLihuyangberlakupada jenjang suhu yang tidakbegitu lebar dapat dinyatakandenganhybungan(00,1998):

_. Eo

keG=kco.eRT (4)Pengaruh suhu terhadap nilai

konstantaHenryH padaadsorpsilogamberat dapat dihubungkan denganpersamaanvan'tHoff,(00,1998):

NiO

KH =KHo.e RT (5)

METODOLOGI PENELITIANBahandan Alat

Bahan yang digunakan padapenelitianiniadalah:- LarutanZnCI2.- Larut(~mK2Cr206- Pasiryangdilapisibesioksida.

Rangkaian alat yang digunakanpada penelitianini dapat dilihatpadagambar2.

KoefisienTransferMassaAdsorpsiLogamBeratCr danZn denganPasirBerlapisBesi Oksida(Fe203J( YC. Danarto,BurhanK., danAgungP.)

27

I

CL :CI

I

I

L--Larutan Ilogamberat

I CpII

I ... NAI

"Keterangangambar:1. waterbath2. labulehertiga3. thermometer

4. penyangga

5. motorlistrik6. pengaduk

Gamba..2. Rangkaianalatadsorpsi

LangkahPenelitianPembuatan pasir yang dilapisi besioksida

Menyaring200 gr pasirdenganmenggunakansaringan 40-50 mesh.MembuatlarutanFeCI3denganpH 10sebanyak 100 ml denganmenambahkanlarutan NaOH. Setelahitu mencampur100 ml larutan FeCI3dengan 200 gr pasir. Memanaskancampurantersebutpada suhu 100Cdan mengaduknyasarnpai:t 2 jam.Mencuci pasir dengan aquades dankemudiandi keringkandalamovenpadasuhu 100C selama :t 4 jam (sampaikering).(Benjamin.1996)

PercobaanadsorpsiPenelitian dimulai dengan

memasukkanpasir besi yang dilapisibesi oks:da sebanyak35 9 ke dalamlabu lehsr tigayangtelahberisilarutanlogam berat (Zn atau Cr) '350 mLdenganKadar3 ppm. Proses adsorpsidilakukan pada suhu konstan. Tiapselang 10 menitselama1 jam, sampeldiambil untuk diketahui kadar logamberatnyamenggunakan"AS.

Percobaan dilakukan untuksuhu27C.35C,45C.dan55C

28

----

=-~~~- - ~-~--~~~=~

HASIL DAN PEMBAHASANData penelitian hubungan

konsentrasilogamberatZn danCr padaberbagaiwaktudan suhu dapat dilihatpadatabelI danll.

Tabel I. KonsentrasilogamberatCrpada berbagaisuhu ( konsentrasilogamberat~~'!!:3ppm}

TabelII. KonsentrasilogamberatZnpada berbagaisuhu ( konsentrasilogam bc!~t~1,V

suhu sehinggamencapai76,42%padasunu55C.

Pengaruh suhu terhadapnilaikcadan I

KES'MPULAN1. Pemodelan matematis yang

diajukan dapat mewakili peristiwatransfer massa logam berat kedalam pasir yang dilapisi besioksida.

2. Semakin tinggi suhu maka nilaikoefisien transfer massa (kca)semakinbesar.

3. Semakin tinggi suhu maka nilaikonstantakesetimbanganadsorpsimenuruthukumHenry(~) semakinkecil.

DAFTAR DAN ART' LAMBANGCL =konsentrasilogamberat dalam

cairan(mg/L)C? = konsentrasilogamberatdalam

padatan(mg/g)C* = konsentrasilogamberatda/am

cairanyang setimbangcenganpadatan(mg/L)

Eo: =energiaktivasi,kJ/molkca =koefisien transfer massa A. (1/mnt)

kco =faktor pre-eksponensialI(H =konstanta kesetimbangan

adsorpsimenuruthukumHenryKHo =faktorpre-eksponensialM =beratadsorben(g)R =konstantagasurnurn(kJ/moI.K)T =suhuadsorpsi(K)V =volumefarutan(L)bW =entalpiadsorpsi,kJ/mol

DAFTAR PUSTAKABenjamin,M.M., 1996, "Sorption and

Filtration of using Iron OxideCoated Sand", Water ScienceTechnology,2609-2620

30

Benjamin,M.M., Chang,Y.J., Li, C.W.,and Korshin, G., 1993, "NOMAdsorptiononto Iron-oxideCoatedSand", AWWA ResearchFoundation,OrderNo.90632

Benjamin,M.M. and Li, C.W., 1996,"Adsorptionand FiltrationStudiesUsing Iron-oxideCoated Olivine",AWWA Research Foundation,OrderNo.90679

M011er,J., Ledin, A, and Mikkelsen,P.S., 2002,"Removalof DissolvedHeavy Metals from Pre-settledStormwate,'Runoff by Iron-oxideCoatedSand",Ramb011,WaterandWastewater,Denmark

Muhammad,N., Parr, J., Smith, M.D.,and Wheatley AD., 1997,"Removalof HeavyMetalsby SlowSand Filtration",. 23rd WEDCConference:Waterand Sanitationfor All, Partnerships andInnovations,167-170

Muhammad,N., Parr, J., Smith, M.D.,and Wheatley, AD., 1998,"Adsorptionof Heavy Metals bySlow Sand Filters",24thWEDCConference:Water and SanitationtorAll,346-349

Sediawan,W.B. danPrasetya,A, 1997,"Pemodelan Matematis d:mPenyelesaian Numeris dafamTeknik Kimia denganpemrogramanBahasa Basic danFortran",Andi,Yogyakarta

Volesl