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

5
KOEP-ISIEN TRANSFER MASSA ADSORPSI LOGAM BERAT Cr DAN Zn DENGAN PASIR BERLAPIS BESI OKSIDA (Fe203) YC.Danarto*,SurhanKurniawan ~ danAgungPrasetyo" *) Staf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS **) Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS Abstract: Sorption into iron-oxide coated sand is promising technology for removal of the dissolved heavy metal fraction in the heavy metal solution. The objective of this research was-to study the effect of temperature upon to mass transfer coefficient of heavy metals in solution to adsorben (kca). The experiment was carried out in a stirred batch flask. lron- oxide coated sand was contacted with heavy metal solution (Zn and CrY at constant temperature. Samples was drawn at certain times and the remaining heavy metal contentration was measured by Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). The results showed that the temperature had significant effect to the mass-transfer coefficient and could be expressed as : kea = 1O69.34.ex{ - 33~1.9) for Cr solutions .1 2443.6 ) kea = 133. 18.ex1.. - T for Zn solutions The relative errors were 10.49 % and 4.88 %, respectively. Keywords: iron oxide coated sand, adsorption, mass-transfer coefficient PENDAHUlUAN Dengan semakin berkembangnya industri, seperti industri kertas, tekstil, penyamak kulit dan sebagainya, semakin banyak pula legam berat yang dibuang sebagai limbah. Logam yang dimaksud adalah timbai (Pb), kromium (Cr), tembaga (Cu), kadmium (Cd), nikel (Ni), dan sellg (Zn). Umball ini akan menyebabkan pencemaran serius terhadap lingkungan jika kandungan logam berat yang terdapat di dalamnya melebihi ambang batas dan akan menyebabkan penyakit serius bagi manusia apabila terakumulasi di dalam tubuh. Beberapa metode kimia maupun bi%gis telah dicoba untuk mengambi! logam berat yang terdapat di dalam limbah, diantaranya adsorpsi, pertukaran ion, pemisahan dengan membran, dan yang /ainnya. Proses adsorpsi lebih banyak dipakai dalam industri karena lebih ekonomis. Kebanyakan adsorben yang digunakan dalam proses adsorpsi adalah alumina, karbon aktif, silica gel, den zeolit. Adsorban tersebut 26 mempunyai kemampuan adsorpsi yang baik tetapi tidak ekonomis. Dewasa Ini sedang digalakkan penelitian mengenai penggunaan adsorben .alternatif yang berasal dari a/am, dimana selain memiliki kemampuan adsorpsi yang baik juga ekonomis. Salah satu adsorben alternatif yang menjanjikan adalah pasir karel1a disamping tersedia luas di hampir setiap tempat juga harganya yang relatif murah. Penelitian Muhammad et al (1997 and 1998) menunjukkan bahwa pasir mempunyai kemampuan menyerap logam Cu, Cr, Cd dan Pb. Adsorpsi tersebut menggunakan alat slow sand filtration. Untuk meningkatk;:m efisiel1sipenyerapan, M011eret al (2002) dan Benjamin et al (1993 and 1996) menggunakan pasir yang dilapisi besi oksida. M011er et al (2002) juga menggunakan pasir yang telah dilapisi besi oksida untuk mengurangi kadar lagam \ berat.Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelapisan pasir dengan besi oksida akan meningkatkan luas pori-pori adsorben. '" Ekuilibrium, Vol 4, No 1, 2005: 26 - 30

Upload: muh-syahrul

Post on 24-Nov-2015

29 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 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