studi adsorpsi ion sulfida menggunakan zeolit , gamma

1

Studi Adsorpsi Ion Sulfida Menggunakan Zeolit , Gamma Alumina, Karbon Aktif yang Diimpregnasi dengan Ion Logam Cu untuk Aplikasi

Desulfurisasi Minyak Solar

Ayu Pratiwi, Sunardi, Widajanti Wibowo

Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Depok, 16424

Email : [email protected]

Abstrak

Keberadaan komponen sulfur dalam bahan bakar merupakan masalah lingkungan yang cukup serius dimana pembakaran bahan bakar yang mengandung komponen sulfur akan menghasilkan gas SO2. Komponen sulfur dalam bahan bakar juga merupakan racun bagi katalis yang digunakan pada kendaraan bermotor. Cara umum yang telah dilakukan untuk mengurangi kadar sulfur dalam bahan bakar yaitu dengan desulfurisasi. Desulfurisasi dilakukan dengan menggunakan metode adsorpsi. Adsorben yang digunakan yaitu Zeolit, Gamma Alumina dan Karbon Aktif. Percobaan pengurangan kadar sulfur dilakukan dengan impregnasi adsorben dengan variasi konsentrsi ion Cu dan uji kemampuan adsorpsi menggunakan larutan ion sulfida dan minyak solar . Hasil impregnasi ditentukan melalui pengukuran AAS, karakteristik adsorben ditentukan dengan metode BET, penentuan kadar sulfida dengan titrasi dan karakteristik minyak solar dengan FTIR . Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi ion Cu yang digunakan, semakin banyak ion yang diserap . Hasil BET menunjukkan kemampuan adsorpsi karbon aktif paling tinggi dibandingkan gamma alumina dan zeolit karena memiliki luas permukaan yang paling besar yaitu 745,317 m2/g. Karbon aktif – Cu memiiki kemampuan adsorpsi ion sulfida paling tinggi hal ini ditunjukkan dengan kadar ion sulfida yang terserap 920, 34 ppm dalam waktu 12 jam. Hasil FTIR pada minyak solar yang diberikan adsorben yang telah terimpregnasi ion Cu menunjukkan pengurangan luas area pada puncak di bilangan gelombang 2670 cm-1pada vibrasi S-H thiols, artinya bahwa kadar sufur pada minyak solar mengalami penurunan.

Abstract

The existence of sulfur in diesel fuel is an environmental problem where the combustion of fuel containing sulfur compounds will produce SO2 gas. Components of sulfur in the fuel is also poison for catalyst used in motor vehicles.Common way has been done to reduce sulfur in fuels is by deulfurization. Desulfurization process is using adsorption method. The adsorbent used Zeolite, Gamma Alumina and Activated Carbon. The experiment of sulfur reduction conducted by impregnation the adsorbent with various concentration Cu ion and capacity of adsorption using sulfide ion solution and diesel fuel .The results of impregnation determined by AAS, characteristics of the adsorbent determined by BET method, determination of sulfide by titration and characteristics functional groups of diesel fuel by FTIR. The results showed that the higher concentration of Cu ion is used, the more ions are adsorbed.The results of BET shown the adsorption capacity of activated carbon is the highest compared with gamma alumina and zeolite, the surface area is 745.317 m2 / g .Activated carbon - Cu has the highest adsorption capacity showed by the levels of sulfide ion adsorbed 920, 34 ppm within 12 hours. FTIR results on diesel fuel given adsorbent which has been impregnated Cu shown the reduction in the peak area, the wave number 2670 cm-1 in S-H

Studi Adsorpsi ..., Ayu Pratiwi, FMIPA UI, 2016

2

thiols vibration, meaning that the levels of sulfur on diesel fuel was decreased. Keywords : desulfurization, adsorption, impregnation, Zeolite, Gamma Alumina,

Activated Carbon, Cu Ion, Sulfide Ion

Pendahuluan

Salah satu sumber energi penting dan banyak digunakan saat ini adalah minyak bumi.

Minyak bumi adalah campuran dari berbagai macam hidrokarbon yang berasal atau terbentuk

dari pembusukan sisa tumbuh – tumbuhan atau hewan. Senyawa sulfur umumnya terdapat

dalam minyak bumi sebagai senyawa sulfur organik dan anorganik yang kompleks, sehingga

kandungan sulfur total saja yang dilaporkan, tanpa mengetahui susunan struktur belerang

yang terkandung dalam minyak bumi (Narwin, 2002).

Senyawa- senyawa sulfur dalam minyak bumi tersebut dapat menimbulkan korosi

terhadap material sistem bahan bakar yang dapat mengurangi umur kendaraan. Selain itu

senyawa sulfur menjadi salah satu penyebab hujan asam dan bersifat racun. Oleh karena itu

dalam proses pengolahan minyak bumi terdapat suatu proses untuk mengurangi kadar sulfur

yang dikenal dengan istilah desulfurisasi. Desulfurisasi dapat dilakukan dengan

menggunakan berbagai metode salah satunya metode adsorpsi. Metode adsorpsi merupakan

teknologi alternatif pengurangan kadar sulfur yang menggunakan adsorben karena kondisi

suhu dan teknologi yang sederhana. Sebelumnya pada tahun 2009, Ferdianti telah melakukan

preparasi zeolit sintetik sebagai adsorben untuk penurunan sulfur dalam minyak solar.

Pada penelitian ini akan membandingkan ketiga adsorben yaitu zeolit, gamma

alumina dan karbon aktif atas kemampuan adsorpsinya terhadap larutan Na2S dan minyak

solar. Adsorben terlebih dahulu diimpregnasi dengan ion logam Cu.

Tinjauan Teoritis

Minyak Bumi

Minyak bumi (petroleum) merupakan cairan yang mudah terbakar yang berada di

lapisan atas dari kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai

hidrokarbon, sebagian besar merupakan deret senyawa alkana, bervariasi dalam komposisi

dan kemurniannya. Minyak bumi berasal dari bahan organik diantaranya plankton, hewan,

dan tumbuhan yang mengendap dalam saluran sedimen dan selanjutnya mengalami


3

dekomposisi akibat pengaruh sifat fisika dan kimia, yaitu adanya tekanan dan suhu yang

tinggi, serta proses pembentukan yang memerlukan waktu yang lama.

Sulfur dalam Minyak Bumi

Komponen sulfur adalah hal yang umum dalam minyak bumi. Apabila kandungan

sulfur tersebut > 5% berat maka minyak bumi tersebut diklasifikasikan sebagai sour crude

dan apabila kandungan sulfur < 5% , minyak bumi tersebut diklasifikasikan sebagai sweet

crude. Kandungan sulfur merupakan sifat yang penting karena dapat menentukan tinggi

rendahnya harga minyak bumi. Komponen sulfur dapat menjadi komponen yang bersifat

korosif dan berbbau tidak enak. Hal inilah yangmenjadi alasan senyawa sulfur tidak

dikehendaki dalam fraksi minyak bumi (Narwin, 2002).

Jenis Senyawa Sulfur dalam Minyak Bumi

Secara umum senyawa sulfur dalam minyak bumi dapat dibedakan menjadi :

• Sulfur bebas yang melarut

• Senyawa sulfur anorganik

• Senyawa sulfur organik

Minyak Solar

Minyak Solar adalah salah satu jenis bahan bakar yang dihasilkan dari proses

pengolahan minyak bumi, pada dasarnya minyak mentah dipisahkan fraksi-fraksinya pada

proses destilasi sehingga dihasilkan fraksi solar dengan titik didih 250°C sampai 300°C. Solar

yang biasanya disebut High Speed Diesel (HDS) atau Automotive Diesel Oil (ADO)

digunakan untuk kendaraan bermesin diesel (Sumanti, 2008).

Mutu solar distilasi langsung dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya jenis

hidrokarbon, kadar sulfur dan lilin (Sumanti, 2008).

Sebagai bahan bakar, tentunya solar memiliki karakteristik tertentu seperti:

1. Berwarna kekuning-kuningan dan berbau.

2. Tidak akan menguap pada temperatur normal.

3. Memiliki kandungan sulfur yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan bensin dan

kerosen.

4. Memiliki flash point (titik nyala) sekitar 40°C sampai 100°C.

5. Terbakar spontan pada temperatur 300°C.

6. Menimbulkan kalor yang tinggi sekitar 10.500 kcal/kg.

Sulfur dalam Minyak Solar


4

Kandungan sulfur pada minyak solar akan mempengaruhi pembakaran. Sulfur

dioksida merupakan hasil pokok dari pembakaran sulfur dalam bahan bakar dan secara

langsung hampir proporsional dengan jumlah yang ada dalam bahan bakar. Untuk setiap

pembakaran 1000L bahan bakar yang dikonsumsi tiap kendaraan akan menghasilkan 1 kg

oksida sulfur. Sulfur yang dibakar dengan oksigen dalam bom kalorimeter sebagian besar

dioksidasi menjadi SO2 dan sisanya menjadi SO3.

Reaksi yang terjadi dalam bom kalorimeter :

2S + 2 ½ O2 SO2 + SO3

SO2 + SO3 + 2H2O 2H2SO4

SOx + Na2CO3 Na2SO4 + CO2

Zeolit

Zeolit adalah kristal aluminasilikat berpori yang dibentuk oleh satuan tetrahedra

SiO44- dan AlO4

5- secara tiga dimensi (Tektosilikat) menghasilkan kerangka struktur yang

banyak mengandung rongga dan saluran berdimensi molekular yang saling dihubungkan.

Rumus umum zeolit yaitu :

Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O

Zeolit mempunyai kapasitas yang tinggi sebagai adsorben. Mekanisme adsorpsi yang

mungkin terjadi adalah adsorpsi fisika ( melibatkan gaya Van der Walls), adsorpsi kimia

(melibatkan gaya elektrostatik), ikatan hidrogen dan pembentukan kompleks koordinasi.

Molekul atau zat yang dijerap akan menempati posisi pori. Daya serap zeolit tergantung dari

jumlah pori dan luas permukaan. Molekul – molekul dengan ukuran lebih kecil dari pori yang

mampu terserap oleh zeolit.

Gamma Alumina

Gamma alumina merupakan salah satu bentuk dari alumina metastabil atau alumina

transisi yang didapat dari pemanasan boehmite dengan temperature dibawah 600oC. Bentuk

alumina metastabil lainnya adalah gamma alumina dari pemanasan boehmite pada suhu

900oC – 1000oC. Kedua alumina metastabil ini akan menjadi alumina stabil pada pemanasan

diatas 1100oC.

Gamma alumina sering digunakan sebagai adsorben dan katalis karena mempunyai

luas permukaan yang besar ( 150 – 300 m2/g), volume pori yang besar (0,5 – 1 cm3/g), ukuran

pori yang besar (0,15 – 1 cm3/g) dan relatif stabil pada berbagai rentang suhu untuk reaksi


5

katalisis. Selain itu, gamma alumina juga mempunyai sifat lainnya yaitu murah, stabil pada

suhu tinggi, stabil secara fisik, mudah dibuat dan mempunyai kekuatan fisik yang tinggi

(Harfani, 2009).

Karbon Aktif

Karbon aktif adalah padatan amorf yang memiliki luas permukaan internal dan

volume pori yang sangat besar. Dalam aplikasinya produk karbon aktif terdapat dalam bentuk

serbuk dan granular. Karbon aktif dalam bentuk serbuk yang halus mempunyai distribusi

ukuran partikel 5 – 110 mikrometer, tetapi untuk beberapa aplikasi khusus dapat digunakan

ukuran yang lebih besar. Karbon granular terdiri dari dua bentuk yaitu regular dan irregular.

Ukuran pori diklasifikasikan oleh IUPAC sebagai mikropori (pori dengan ukuran < 2nm) ,

mesopore (lebar pori 2-50 nm) dan makropori (lebar pori >50 nm). Beberapa produk

komersial karbon aktif memiliki luas permukaan antara 500 – 2000 m2/g, namun beberapa

karbon aktif yang ditemui memiliki luas permukaan 3500 – 5000 m2/g.

Sifat adsorpsi karbon aktif adalah tidak tetap karena dipengaruhi oleh struktur pori

dan komposisi kimia. Komponen yang menentukan kekuatan adsorpsi permukaan karbon

adalah penyebaran komponen dari gaya Van Der Waals. Karbon aktif mengandung abu dan

beberapa komponen utama yaitu silikat dan aluminat dengan sedikit kalsium, magnesium,

besi, kalium, tembaga, boron, arsen dan vanadium.

Adsorpsi

Adsorpsi merupakan proses pemisahan molekul yang berdifusi dari suatu fluida yang

terserap pada pemukaan padatan adsorben (Ruthven Douglas M, 1984). Adsorpsi juga dapat

didefinisikan sebagai proses penyerapan secara fisik atau kimia pada lapisan permukaan

material penyerap dimana senyawa yang terserap terakumulasi pada lapisan permukaan

antardua fasa (interface). Interface merupakan lapisan homogen yang menjadi tempat

terjadinya kontak antara dua permukaan material yang berbeda.

Material yang diadsorpsi disebut sebagai adsorbat, sedangkan material yang

digunakan sebagai pengadsorpsi disebut sebagai adsorben. Pada umumnya, adsorben

merupakan partikel kecil yang aktif meyerap komponen-komponen yang terkandung dalam

suatu fluida. Material yang biasa digunakan sebagai adsorben, antara lain bentonit, karbon

aktif, silika, zeolit, dan lain-lain. Secara umum, adsorpsi molekul pada lapisan antarmuka

dapat terjadi melalui dua jenis mekanisme, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.

Adsorpsi Fisika (Physisorption)

Adsorpsi fisika merupakan proses adsorpsi yang terjadi akibat adanya perbedaan


6

energi bermuatan listrik (gaya Van der Waals). Perbedaan muatan listrik antara permukaan

adsorben dengan partikel adsorbat menyebabkan gaya tarik antar keduanya sehingga molekul

adsorbat akan terikat secara fisik pada molekul atau permukaan adsorben. Proses adsorpsi

akan terjadi ketika gaya tarik molekul antara molekul adsorbat dengan permukaan adsorben

lebih besar dibandingkan gaya tarik molekul yang terjadi antar partikel adsorbat.

Adsorpsi Kimia (Chemisorption)

Adsorpsi kimia dapat terjadi akibat adanya ikatan kimia antara partikel adsorbat dengan

permukaan adsorben. Adsorpsi kimia bersifat endotermis dan terjadi pada temperatur yang

tinggi. Adsorpsi kimia dapat terjadi dengan diawali proses adsorpsi fisika, yaitu partikel

adsorbat tertarik ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Waals. Oleh karena terjadi

ikatan kimia, suatu lapisan dapat terbentuk pada permukaan adsorben. Ketika lapisan tersebut

terus terbentuk, adsorben tidak akan mampu lagi menyerap partikel adsorbat lainnya. Selain

itu, proses adsorpsi kimia ini bersifat irreversible.

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi merupakan hubungan antara jumlah zat yang diadsorpsi dengan

kesetimbangan tekanan pada temperatur tetap. Terdapat pemodelan isoterm adsorpsi yang

umum digunakan, yaitu isoterm adsorpsi Langmuir dan isotem adsopsi Freundlich.

Penentuan Model Isoterm Adsorpsi

Penentuan model isotherm adsorpsi dilakukan dengan menggunakan metode regresi

linear terhadap persamaan isotherm Langmuir dan isotherm Freundlich. Bentuk logaritmik

persamaan isotherm Freundlich menurut Panneerselvann et al., 2009) dapat ditulis menjadi (

Freundlich, 1906) :

Menurut Panneerselvann et al., (2009) persamaan isotherm Langmuir dapat diulis sebagai

berikut ( Langmuir, 1918) :

Keterangan :

qe = jumlah adsorbat terserap per massa padatan pada kesetimbangan (mg/g)

Ce = konsentrasi larutan pada kesetimbangan (mg/L)

Kf = kapasitas adsorpsi relatif adsorben (mg/g)

1/n = konstanta indikatif yang menunjukkan intensitas proses adsorpsi

Qo = kapasitas adorpsi lapisan tunggal (mg/g)

b = konstanta yang berhubungan dengan energi adsorpsi

log qe = log Kf + 1/ n log Ce

Ce/ qe = 1/Qob + Ce/Qe


7

Dari pengaluran linear log qe terhadap log Ce (model Freundlich) dan 1/qe terhadap

1/Ce (model Langmuir) akan diperoleh nilai koefisien korelasi (R2) yang menunjukkan

kecenderungan pemilihan model isotherm yang sesuai untuk adsorpsi yang terjadi.

Impregnasi

Impregnasi merupakan metode yang paling umum untuk memasukkan unsur logam ke

dalam pori – pori katalis support yaitu dengan mengimpregnasi larutan logam tersebut dan

dengan pertukaran kation dan anion dari logam tersebut.

Analisa Kadar Sulfida

Metode penetapan kadar sulfida yang digunakan adalah secara titrasi iodometri. Pada

prinsipnya sulfida didalam larutan asam bila bereaksi dengan iod berlebih akan dioksidasi

menjadi sulfur. Kelebihan iod akan dititrasi kembali dengan natrium tiosulfat.

Titik akhir titrasi dapat diketahui dengan menggunakan larutan amilum sebagai

indikator yang ditambahkan pada saat mendekati titik akhir titrasi, jika terlihat suatu

pewarnaan iod yang lemah, dengan adanya jumlah sedikit iod akan terjadi senyawa iod

amilum yang berwarna biru tua. Kepekaan reaksi warna ini dipengaruhi dengan adanya ion

iodida, jika tidak ada ion iodida, hanya akan terjadi pewarnaan biru lemah (Khopkar

SM,1990).

Persamaan reaksi :

S2- + I2 S + 2I-

I2 + 2S2O32- S4O6

2- + 2I-

Indikator kanji ditambahkan saat menjelang titik akhit titrasi dan perubahan warna

pada titik akhir yaitu larutan yang tak berwarna (bening).

Metode Karakterisasi

Spektrofotometri Serapan Atom

Spektrofotometri Serapan Atom (AAS = Atomic Absorption Spectrofotometry) adalah

suatu metode analisis kimia yang digunakan untuk menentukan unsur – unsur yang

terkandung dalam suatu sampel beserta konsentrasinya.

Spektrofotometer UV-Vis

Spektrofotometer UV-Vis merupakan alat yang menggunakan prinsip metode

spektofotometri untuk pengukuran pada daerah ultra violet dan sinar tampak (visible), yaitu

200-800 nm. Instrumen ini digunakan untuk mengukur jumlah serapan sinar ultra violet atau

sinar tampak oleh suatu zat dalam bentuk larutan.

Spektrofotometer FTIR


8

Daerah inframerah (IR) dibagi menjadi 3 daerah bilangan gelombang, yaitu daerah IR

jauh (400-10 cm-1), daerah IR tengah (4000-400 cm-1), dan daerah IR dekat (12500-4000

cm-1).

Spektrofotometri IR dapat digunakan untuk identifikasi struktur molekul dan analisis

kuantitatif karena intensitas (absorbansi) dalam spektra IR berbanding lurus dengan

konsentrasi gugus fungsional yang bersesuaian dalam molekul kimia, seperti ditunjukkan

dalam hukum Lambert - Beer.

Karakterisasi BET

BET merupakan singkatan dari nama-nama ilmuwan yang menemukan teori luas

permukaan pada suatu material. Mereka adalah Brunaeur, Emmet dan Teller. BET digunakan

untuk karakterisasi permukaan suatu material yang meliputi surface area (SA, m2 /g),

diameter pori (D) dan volume pori (Vpr, cc/g).

Metode Penelitian

Alat

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah beaker glass, labu

ukur, gelas ukur, pipet ukur, erlenmeyer, buret,oven, kertas saring Whatmann 40, kalsinator

dan neraca analitik. Instrumen yang digunakan yaitu Spektrofotometri Serapan Atom (AAS)

untuk mengetahui kadar ion logam Cu yang teradsorpsi , Spektrofotometer UV-Vis untuk

mengetahui kadar nitrat pada filtrat , Fourier Transform Infra Red (FTIR) untuk mengetahui

gugus fungsi pada minyak solar sebelum dan sesudah terimpregnasi ion logam Cu dan BET

untuk mengetahui luas permukaan dari adsorben yang terdiri dari zeolit, gamma alumina dan

karbon aktif.

Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain zeolit, karbon aktif, gamma

alumina sebagai adsorben, larutan Cu(NO3)2. 3H2O, akuademin, Na2S dan minyak solar.

Menggunakan Iodin, HCl, indikator kanji dan Na2S2O3.5H2O sebagai bahan untuk melakukan

titrasi iodometri.

Prosedur Kerja

Aktivasi Adsorben


9

Aktivasi adsorben dilakukan pada suhu 100oC untuk karbon aktif dan gamma alumina

selama 5 jam sedangkan pada zeolit dipanaskan pada suhu 350oC selama 5 jam.

Impregnasi

Impregnasi dilakukan terhadap sampel yang sudah dioven. Cara kerjanya yaitu

dengan membuat larutan garam nitrat Cu dan mencampurkannya dengan adsorben disertai

pengadukan selama beberapa jam pada suhu kamar. Setelah itu padatan dipisahkan dari

larutan dengan kertas saring whatman no 40.

Pembuatan Larutan Uji

Senyawa yang digunakan untuk menguji kadar sulfida adalah Na2S. Mula – mula

larutan Na2S dibuat pada konsentrasi 1000 ppm. Setelah itu adsorben yang telah diimpregnasi

(Zeolit, Karbon Aktif, dan Gamma Alumina) ditimbang masing – masing sebanyak 5 gram.

Lalu ditempatkan pada wadah seperti vial 100 mL, kemudian memasukkan larutan Na2S

sebanyak 30 mL. Tutup wadah tersebut, diamkan sambil sesekali diaduk selama 12 jam, 24

jam, dan 48 jam. Setelah itu pisahkan filtrat dan endapan, uji filtrat untuk menentukan sisa

sulfida yang terkandung.

Uji Sulfida secara Iodometri

Persiapan Larutan

• Pembuatan larutan baku Na2S2O3.5H2O 0,025 N

• Pembakuan Larutan Na2S2O3.5H2O 0,025 N

Uji Sampel Sulfida

Mengukur sejumlah volume tertentu larutan iodin 0,025 N dan masukkan dalam labu

erlenmeyer , tambah air suling sampai volume 20 mL . Tambah 2 mL HCl 6 N, lalu

masukkan 200 mL sampel ( jika warna iodin hilang tambahkan sampai timbul warna kuning

muda) . Titrasi menggunakan larutan natrium tiosulfat 0,025 N tambahkan beberapa indikator

kanji sampai warna menjadi biru, titrasi sampai titik akhir yang ditunjukkan dengan

hilangnya warna biru muda.

Tahap Uji dengan Minyak Solar

Sampel Minyak Solar yang digunakan berasal dari SPBU di wilayah Kalimalang.

Masing – masing dari Zeolit, Karbon Aktif, Gamma Alumina yang sudah terimpregnasi

ditimbang sebanyak 5 gram, kemudian dimasukkan ke dalam wadah vial 100 mL, setelah itu


10

masukkan 30 mL minyak solar, tutup vial dan diamkan sambil beberapa kali diaduk selama

24 jam.

Metode Pengolahan Data

Analisa Data AAS

Data yang didapat berupa konsentrasi ion Cu yang terserap pada adsoorben yang terdiri dari

Karbon Aktif, Gamma Alumina dan Zeolit.

Analisa Data UV-Vis

Data yang didapat berupa konsentrasi nitrat yang tersisa pada saat larutan Na2S dimasukkan

kedalam adsorben yang telah diimpregnasi.

Analisa Data FTIR

Data yang didapat berupa peak – peak senyawa yang terkandung di dalam minyak solar

sebelum maupun sesudah diberi adsorben yang telah diimpregnasi.

Analisa Data BET

Data yang didapat berupa luas area yang dimiliki adsorben yang terdiri dari Karbon Aktif,

Gamma Alumina dan Zeolit sebelum dan sesudah proses impregnasi.

Hasil dan Pembahasan

Pengukuran Adsorpsi Ion Logam Cu

Hasil analisa dengan menggunakan instrumen AAS dapat diketahui konsentrasi dari

ion Cu yang terserap pada adsorben.

Berdasarkan Tabel 4.1 terlihat bahwa konsentrasi ion Cu yang terserap pada berbagai

adsorben berbeda – beda, dimana karbon aktif yang paling banyak menyerap ion logam Cu

kemudian gamma alumina dan terakhir zeolit, selain itu konsentrasi Cu nitrat yang digunakan

Adsorben Konsentrasi Cu

Nitrat Konsentrasi ion Cu yang terserap

(ppm)

Karbon Aktif 0,1 M

5496

Gamma Alumina 5106

Zeolit 827

Karbon Aktif 0,5 M

19957

Gamma Alumina 10524

Zeolit 4905

Tabel 4.1 Hasil pengukuran adsorpsi ion Cu oleh Karbon Aktif, Gamma Alumina dan Zeolit dengan variasi konsentrasi larutan


11

juga mempengaruhi seberapa banyak penyerapan ion Cu pada adsorben. Hal ini menunjukkan

bahwa karbon aktif memiliki kemampuan adsorpsi yang paling baik dibandingkan dengan

gamma alumina dan zeolit.

4.2 Karakterisasi dengan Brunauer Emmett Teller (BET)

Karakterisasi dengan BET dilakukan untuk analisis luas permukaan dari material

berpori dengan menentukan volume teradsorpsi pada permukaan adsorben. Prinsip

pengukuran luas permukaan dengan BET didasarkan pada proses adsorpsi dan desorpsi gas

nitrogen. Analisis tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh ion Cu yang terserap pada

permukaan adsorben yang terdiri dari zeolit, gamma alumina dan karbon aktif.

Tabel 4.2. Hasil BET luas permukaan adsorben sebelum dan sesudah impregnasi

Adsorben Luas Permukaan (m2/g)

Karbon Aktif 745,317

Gamma Alumina 313,707

Zeolit 22,934

Karbon Aktif - Cu 677,802

Gamma Alumina - Cu 311,339

Zeolit - Cu 14,118

Dari hasil Tabel 4.2 menunjukkan bahwa karbon aktif memiliki luas permukaan

paling besar yaitu 745,317 m2/g, kemudian gamma alumina 313, 707 m2/g dan terakhir zeolit

22,934 m2/g. Selain itu luas permukaan pada adsorben yang telah terimpregnasi ion logam Cu

mengalami penurunaan dibandingkan dengan luas permukaan adsorben saja. Hal ini

menunjukkan bahwa ion Cu berhasil masuk kedalam pori adsorben.

Adsorben yang telah diimpregnasi kemudian ditimbang 5 gram masing – masing, lalu

ditempatkan dalam vial kemudian dimasukkan larutan Na2S 1000 ppm sebanyak 30 mL,

segera tutup vial tersebut agar gas sulfida tidak menguap. Diamkan sambil beberapa kali

diaduk selama waktu yang ditentukan. Reaksi yang terjadi :

Cu(NO3)2 + Na2S CuS + NaNO3

(endapan hitam)

Endapan dan filtrat dipisahkan, lalu uji kadar sulfida filtrat dengan menggunakan

titrasi iodometi untuk mengetahui konsentrasi ion sulfida yang tidak teradsorpsi. Titrasi


12

Tabel 4.4. Hasil pengaluran linear terhadap persamaan isoterm Freundlich dan Langmuir

dilakukan dengan terlebih dahulu mereaksikan sampel uji dengan iodin, lalu kelebihan iodin

dititrasi dengan natrium tiosulfat. Setelah dititrasi tambahkan indikator amilum atau kanji,

lalu titrasi kembali sampai larutan tidak berwarna.

Tabel 4.3. Konsentrasi ion sulfida yang mengikat ion Cu membentuk CuS

Berdasarkan Tabel 4.3 terlihat bahwa adsorben karbon aktif yang telah terimpregnasi

ion Cu mampu membentuk endapan CuS lebih banyak dibandingkan dengan gamma alumina

dan zeolit yang telah terimpregnasi ion Cu sehingga kandungan sulfida pada filtrat sudah

hampir habis. Selain itu konsentrasi Cu Nitrat yang digunakan untuk impregnasi juga

mempengaruhi berkurangnya kadar sulfida pada filtrat dimana semakin tinggi konsentrasi Cu

Nitrat yang digunakan maka CuS yang terbentuk makin banyak dan juga waktu kontak yang

digunakan untuk membentuk CuS berbeda – beda. Semakin lama waktu kontak yang

digunakan semakin banyak konsentrasi ion sulfida yang mengikat ion Cu membentuk CuS.

Penentuan Isoterm Adsorpsi

Pemodelan isoterm adsorpsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah isoterm

adsorpsi Langmuir dan isoterm adsorpsi Freundlich. Penentuan isoterm adsorpsi dilakukan

menggunakan data hasil variasi konsentrasi adsorpsi Na2S yaitu 100, 200, 300, 400 dan 500

ppm selama 2 jam. Penentuan model isoterm adsorpsi dilakukan melalui metode regresi

linear terhadap persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dan isoterm adsorpsi Freundlich.

Adsorben Konsentrasi Cu Nitrat

(M)

Konsentrasi Ion Sulfida (ppm)

12 jam 24 jam 48 jam

Karbon Aktif -‐ Cu

0,1

966,04 973,54

Gamma Alumina -‐ Cu 630,59 665,01

Zeolit – Cu 417,97 438,24

Karbon Aktif -‐ Cu

0,5

920,30 998,39 1000

Gamma Alumina – Cu 724,13 824,86 1000

Zeolit – Cu 636,48 689,86 746,77


13

Berdasarkan hasil penentuan isoterm adsorpsi dengan metode adsorpsi Langmuir dan

Freundlich menunjukkan bahwa adsorpsi ion sulfida oleh karbon aktif , gamma alumina dan

zeolit yang telah terimpregnasi ion Cu cenderung menggunakan pemodelan isotherm adsorpsi

Langmuir dikarenakan nilai R2 yang mendekati 1. Berdasarkan asumsi pemodelan isoterm

Langmuir ini menandakan terjadi proses adsorpsi secara kimia (chemisorption) dan terdapat

ikatan kimia antara permukaan adsorben dengan molekul adsorbat.

Penentuan Kadar Nitrat Pada proses adsorpsi ion sulfida oleh zeolit, gamma alumina dan karbon aktif yang

telah terimpregnasi ion Cu, terjadi pertukaran anion antara NO3- dengan S2- dimana nantinya

S2- berikatan dengan Cu2+ membentuk CuS. Oleh karena itu dilakukan uji terhadap kadar

nitrat yang terdapat pada filtrat hasil adsorpsi ion sulfida oleh zeolit, gamma alumina dan

karbon aktif yang terimpregnasi ion Cu menggunakan Spektrofotometri UV –

Vis.Pengukuran dilakukan pada panjang gelombang 202 nm, menggunakan larutan KNO3

sebagai larutan standar.

Tabel 4.5. Konsentrasi nitrat yang tersisa pada filtrat setelah membentuk endapan CuS

Adsorben Konsentrasi Cu Nitrat (M)

Konsentrasi Nitrat yang tersisa (ppm)

karbon aktif 0,1

775,3 gamma alumina 641,7

zeolit 354,2 karbon aktif

0,5 941,3

gamma alumina 821,2 zeolit 654,1

Adsorben Waktu Kontak

Freundlich Langmuir

Persamaan Linear R² Persamaan

Linear R²

Karbon Aktif - Cu 2 jam y = 0,2496x +

0,3955 0,948 y = 0,1038x + 1,5925 0,9847

Gamma Alumina –

Cu 2 jam y = 0,2205x +

0,3378 0,986 y = 0,1296x + 2,3871 0,988

Zeolit - Cu 2 jam y = 0,2202x + 0,2709 0,9708 y = 0,1401x +

3,995 0,9804


14

Berdasarkan Tabel 4.5 dapat diketahui bahwa konsentrasi nitrat hampir sebanding

dengan konsentrasi sulfida yang berikatan dengan ion Cu, hal ini menunjukkan bahwa

terjadinya proses pertukaran anion pada saat proses adsorpsi ion sulfida dengan adsorben

yang terimpregnasi.

Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Analisa dengan spektrofotometer Fourier Transformation Infrared (FTIR) dilakukan

untuk mengetahui gugus fungsi sulfur yang terdapat pada minyak solar. Pada gambar 4.14

terdapat puncak serapan pada bilangan gelombang sekitar 2600 cm-1 yang merupakan puncak

dari vibrasi S-H thiols dengan luas area 1,53%. Pada gambar juga terdapat puncak serapan

pada bilangan gelombang 759 cm-1 yang merupakan puncak serapan dari vibrasi S-OR esters.


15

Gambar 4.15 merupakan spektrum FTIR minyak solar setelah penambahan karbon

aktif yang terimpregnasi ion logam Cu dengan konsentrasi Cu Nitrat 0,1, 0,5 dan 1 M. Pada

gambar terdapat puncak serapan pada bilangan gelombang sekitar 2600 cm-1 yang merupakan

puncak dari vibrasi S-H thiols dengan luas area 0,12%. Akan tetapi pada gambar tidak

terdapat puncak serapan pada bilangan gelombang 759 cm-1 yang merupakan puncak serapan

dari vibrasi S-OR esters.


16

Gambar 4.16 merupakan spektrum FTIR minyak solar setelah gamma alumina yang

terimpregnasi ion Cu dengan konsentrasi Cu Nitrat 0,1 , 0,5 dan 1 M. Pada gambar terdapat

puncak serapan pada bilangan gelombang sekitar 2600 cm-1 yang merupakan puncak dari

vibrasi S-H thiols dengan luas area 0,12%. Akan tetapi pada gambar tidak terdapat puncak

serapan pada bilangan gelombang 759 cm-1 yang merupakan puncak serapan dari vibrasi S-

OR esters.

Gambar 4.17 merupakan spektrum FTIR minyak solar setelah penambahan zeolit

yang terimpregnasi ion Cu dengan konsentrasi Cu Nitrat 0,1 , 0,5 dan 1 M. Pada gambar

terdapat puncak serapan pada bilangan gelombang sekitar 2600 cm-1 yang merupakan puncak

dari vibrasi S-H thiols dengan luas area 0,15%. Akan tetapi pada gambar tidak terdapat

puncak serapan pada bilangan gelombang 759 cm-1 yang merupakan puncak serapan dari

vibrasi S-OR esters.

Dari hasil FTIR tersebut menunjukkan adanya penurunan kadar sulfur organik akan

tetapi perbedaan konsentrasi ion Cu yang digunakan tidak menunjukkan hasil yang

signifikan.


17

Kesimpulan

• Berdasakan hasil Spektrofotometri Serapan Atom (AAS) karbon aktif memiliki

kemampuan yang paling baik untuk mengadsorpsi ion logam Cu dibandingkan

dengan gamma alumina dan zeolit.

• Berdasarkan karakterisasi BET, karbon aktif memiliki luas permukaan yang paling

besar yaitu 745,317 m2/g, kemudian gamma alumina yaitu 313,707 m2/g dan zeolit

yaitu 22,934 m2/g.

• Zeolit, gamma alumina dan karbon aktif berhasil dimodifikasi dengan ion logam Cu

yang dibuktikan dengan penurunan luas permukaan pada hasil karakterisasi BET.

• Karbon aktif- Cu memiliki kemampuan adsorpsi ion sulfida lebih baik dibandingkan

dengan gamma alumina - Cu dan zeolit – Cu.

• Proses adsorpsi ion sulfida oleh karbon aktif – Cu, gamma alumina – Cu dan zeolit –

Cu memenuhi persamaan isoterm adsorpsi Langmuir.

• Terjadi pertukaran anion antara NO3- dengan S2- yang dibuktikan dengan adanya

kadar nitrat yang terdapat pada filtrat hasil adsorpsi ion sulfida oleh karbon aktif – Cu,

gamma alumina – Cu dan zeolit Cu.

• Hasil FTIR minyak solar yang diberikan adsorben yang telah diimpregnasi dengan ion

logam Cu menunjukkan adanya pengurangan pada puncak dari vibrasi S-H thiols

yang menunjukkan adanya penurunan kadar sulfur walau tidak secara kuantitatif dan

tidak terdapat puncak serapan pada bilangan gelombang 759 cm-1 yang merupakan

puncak serapan dari vibrasi S-OR esters.

Saran

• Melakukan variasi waktu kontak pada saat adsorben diimpregnasi dengan ion logam

Cu.

• Mencari metode lain untuk analisia kadar ion sulfida selain dengan metode titrasi.

• Minyak solar yang digunakan sebaiknya yang belum ditambahkan dengan zat aditif.

• Menggunakan metode lain untuk analisa kadar sulfur dalam minyak solar seperti GC

sulfur atau XRF.

Daftar Referensi

Atkins, P. W. 1999. Kimia Fisika (diterjemahkkan oleh Kartahadiprojo Irma I), Edisi ke 2.

Jakarta : Erlangga.


18

Estiaty , Lenny Marilyn. 2012. “Kesetimbangan dan Kinetika Adsorpsi Ion Cu 2+ Pada Zeolit

– H”. Riset Geologi dan Pertambangan Vol. 2 No 2. 127 -141.

Ferdianti, Anggia. 2009. Tugas Akhir: Preparasi Zeolit Sintetik sebagai Adsorben untuk

Penurunan Sulfur dalam Minyak Solar. Tugas Akhir Program Studi D3 Kimia

Terapan FMIPA UI. Depok.

Gimbert F, Morin-Crini N, Renault F, Badot P M, Crini G. 2008.” Adsorption isotherm

models for dye removal by cationized starch-based material in a single component

system: Error analysis”. Journal of Hazardous Materials, 157: 34-46

Hardjono, Sastrohamidjojo. 2007. Spektroskopi. Yogyakarta : Liberty.

Harfani, Retno. 2009. Skripsi : Sintesis Katalis Padatan Asam Gamma Alumina Terfosfat dan

Digunakan Untuk Sintesis Senyawa Metil Ester Asam Lemak dari Limbah Produksi

Margarin. Skripsi. Departemen Kimia FMIPA UI. Depok.

Jeevanandam P. Kabunde KJ. Tetzler SH. 2005. “Adsorption of Thiopenes out of

Hydrocarbons Using Metal Impregnated Nanocrystalline Aluminium Oxide”.

Microporous and Mesoporous Materials 79. p. 101-110.

Khopkar, S.M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI Press.

Limousin , J.-P. Gaudet , L. Charlet , S. Szenknect , V. Barthe`s , M. Krimissa. 2007.

“Sorption isotherms: A review on physical bases, modeling and measurement”.

Applied Geochemistry, 22: 249 – 275 pp.

Lusia, Anda. 2009. “Desulfurisasi Minyak Solar Dengan Menggunakan Adsorben Zeolit

Alam”. Jurnal Zeolit Indonesia Vol 8 No 1.

Mudjirahardjo. 1997. Kimia Minyak Bumi. Cepu : Pusat Pengembangan Tenaga Perminyakan dan Gas Bumi.

Muhamad Ariotejo, Yoga. 2006. Skripsi: Preparasi Katalis CuO/ZnO/gammaAlumina

dengan Metode Kopresipitasi dan Impregnasi. Tugas Akhir Program Studi D3 Kimia


Narwin. 2002. Skripsi: Proses Desulfurisasi Fraksi Minyak Bumi dengan Metode Oksidasi –

Ekstraksi. Skripsi Jurusan Gas dan Petrokimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Depok.


19

Panneerselvam, P., Bala, V.S.S., Thiruvengadaravi, K.V ., Nandagopal, J., Palanichamy, M.

& Sivanesan, S. 2009. “The removal of copper ions from aqueous solution using

phosphoric acid modified !-zeolites”. Indian Journal of Science and Technology. 2 (2):

63-66.

Priantini, Tania .2014. Skripsi : Sintesis Material Karbon Mesopori Melalui Metode Soft

Template dan Aplikasinya Sebagai Adsorben Zat Warna Acid Red 119.Skripsi Sarjana

FMIPA UI. Depok.

Pine, SA.h. 1988. Kimia Organik Edisi Keempat. Bandung : ITB

Ruthven, Douglas M. 1984. Principles of Adsorption Processes. Kanada ; Published simultaneously.

Salem ABSH. 1994. “Naphta Desulfurization by Adsorption”. Ind. Eng. Chem. Res. 33. p.

336-340.

Sumanti, Ika. 2008. Tugas Akhir: Preparasi dan Karakterisasi Zeolit sebagai Adsorben

Pengurangan Sulfur dalam Minyak Solar. Tugas Akhir Program Diploma 3 Kimia


Sunardi. 2014. Diktat Penuntun Praktikum Kimia Analisa Instrumentasi. Depok : Kimia

FMIPA UI.

Storck S, Bretinger H & Maier WF. 1998. “Characterization of Micro- and Mesoporous

Solids by Physisorption Methods and Pore-size Analysis”. Applied Catalysis A:

Genera.174: 137-146.

Velu S. Ma X. Song C. 2003. “Selective Adsorption for Removing Sulfur from Jet Juel over

Zeolite –based Absorbents”. Ind. Eng. Chem. Res. 42. p. 5293-5304.

Yang RT. Maldonado AJH. Yang FH. 2003. “Desulfurization of Transportation Fuels with

Zeolites Under Ambient Conditions”. Science. p. 29-81.


studi adsorpsi ion sulfida menggunakan zeolit , gamma

Documents