KINETIKA ADSORPSI

Adsorpsi adalah salah satu alternatif untuk mengatasi pencemaran udara. Langkah awal untuk mendapatkan proses adsorpsi yang efektif adalah dengan cara memilih adsorben yang memiliki selektivitas dan kapasitas tinggi serta dapat digunakan berulang ulang. Salah satu adsorben yang sering digunakan adalah karbon aktif (Holle et al., 2013).

Karbon aktif mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan karbon aktif berkisar antara 300-3500 m 2 /gram, ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan karbon aktif mempunyai sifat sebagai adsorben. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat karbon aktif (Anggraini et al., 2021).

Karbon aktif merupakan adsorben dengan permukaan lapisan yang luas dengan bentuk butiran (granular) atau serbuk (powder). Karbon aktif tersedia dalam berbagai bentuk misalnya pelet (gravel, 0,8 - 5 mm), lembaran fiber, bubuk (PAC : powder active carbon, 0,18 mm atau US mesh 80) dan butiran-butiran kecil (GAC : Granular Active carbon, 0,2 - 5 mm). Karbon aktif merupakan bahan yang multifungsi dimana hampir sebagian besar telah dipakai penggunaannya oleh berbagai macam jenis industri (Anggraini et al., 2021).

Energi adsorpsi menggambarkan kekuatan ikatan antara adsorbat dan adsorben. Energi adsorpsi dibedakan atas dua yakni adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisik terjadi jika reaksi antara adsorben dan adsorbat melibatkan gaya-gaya lemah antar molekul seperti ikatan hidrogen atau ikatan van der Waals. Pada proses ini molekul yang teradsorpsi mudah di lepas kembali dengan menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut. Zat yang teradsorpsi dapat membentuk lapisan tunggal dan kondisi kesetimbangan akan tercapai segera setelah adsorben bersentuhan dengan adsorban (Holle et al., 2013).

Menurut (Holle et al., 2013), pada adsorpsi kimia terjadi pembentukan ikatan kimia antara molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Adsorpsi kimia melibatkan ikatan koordinasi sebagai hasil penggunaan bersama pasangan elektron oleh adsorbat dan adsorben. Umumnya adsorpsi fisika memiliki nilai energi lebih kecil dari 25-30 kJ mol-1. Nilai energi adsorpsi dapat dihitung dari persamaan Arrhenius

Gambar 1. Persamaan Arrhenius (Holle et al., 2013)

Keterangan:

k = konstanta laju orde kedua pseudo Ho.

E = energi (J mol-1)

R = konstanta gas ( 8,314 J K-1 mol-1)

T = suhu mutlak (K)

     Menurut Maihendra et al. (2016), beberapa faktor yang mempengaruhi proses laju adsorpsi adalah sebagai berikut.

1. Pengadukan 

Semakin besar kecepatan putaran pengadukan, maka nilai konstanta laju adsorpsi semakin besar, hal ini disebabkan pengadukan akan mempengaruhi ketebalan lapisan film yang melapisi permukaan adsorben yang apabila lapisan film semakin tipis, film diffusion akan semakin cepat terjadi.

2. Jumlah adsorben 

Semakin besar jumlah adsorben akan meningkatkan luas permukaan sehingga akan meningkatkan laju adsorpsi.

3. Konsentrasi zat adsorbat 

Molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi adsorpsi, dalam konteks ini laju adsorbsi proporsional dengan konsentrasi adsorbat.

4. Temperatur 

Proses adsorpsi terjadi akan mempengaruhi kecepatan dan jumlah adsorpsi yang terjadi. Kecepatan adsorpsi meningkat dengan meningkatnya temperatur, dan menurun dengan menurunnya temperatur. Namun demikian, ketika adsorpsi merupakan proses eksoterm, penjerapan adsorpsi meningkat pada suhu rendah dan akan menurun pada suhu yang lebih tinggi.

Kesetimbangan adsorpsi adalah suatu keadaan dinamis yang tercapai ketika laju partikel yang teradsorpsi ke permukaan sama dengan laju desorpsinya. Model kesetimbangan yang paling banyak dikenal untuk memahami sistem adsorpsi adalah persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich (Estiaty, 2013).

Kinetika adsorpsi merupakan salah satu aspek yang sering diteliti untuk mengevaluasi karakteristik dari adsorben yang dipakai terutama dalam rehabilitasi lingkungan. Ada banyak model kinetika adsorpsi yang telah dikembangkan untuk dapat digunakan sebagai sarana memprediksi laju adsorpsi suatu adsorbat pada adsorben tertentu. Beberapa model yang telah dikaji yaitu (1) persamaan laju order pertama pseudo Lagergren, (2) persamaan laju order kedua pseudo Ho, (3) persamaan Elovich, dan (4) Persamaan Ritchie (Holle et al., 2013).

Dalam mempelajari kinetika adsorpsi yang berlangsung dari suatu reaksi maka dapat digunakan reaktor batch. Reaktor batch merupakan suatu reaksi, dimana reaksi akan terjadi dengan kondisi sesuai dengan yang diinginkan untuk reaksi tersebut. Ketepatan penggunaan reaktor batch diantaranya selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan temperatur, pengadukan dilakukan secara sempurna, dan konsentrasi disemua titik dalam reaktor adalah sama. Untuk menentukan besaran tetapan laju reaksi (K) dan orde reaksi (n) pada rekator ideal tipe reaktor batch, dapat digunakan beberapa metode, seperti metode mekanisme reaksi, metode waktu paruh, metode laju awal, metode integrasi, dan metode differensiasi (Estiaty, 2013).

Menurut Tahad dan Sanjaya (2017), penentuan kinetika adsorpsi dapat dilakukan dengan menggunakan metode regresi linear terhadap persamaan orde nol, orde satu, orde dua, dan orde tiga. Adapun ketiga persamaan yaitu sebagai berikut.

1.       1. Orde Nol

Suatu reaksi dikatakan mempunyai orde nol jika besarnya laju reaksi tidak dipengaruhi oleh berapapun perubahan konsentrasi pereaksinya. Artinya seberapapun peningkatan konsentrasi pereaksi tidak akan mempengaruhi besarnya laju reaksi. Persamaan linear orde reaksi nol dinyatakan dalam rumus sebagai berikut.

Gambar 2. Persamaan linear Orde Reaksi 1 (Tahad dan Sanjaya, 2017)

2. Orde Satu

Reaksi orde satu adalah suatu reaksi yang kecepatannya bergantung hanyalah pada salah satu zat yang bereaksi atau sebanding dengan salah satu pangkat reaktannya. Persamaan linear orde reaksi satu dinyatakan dalam rumus sebagai berikut.

Gambar 3. Persamaan linear Orde Reaksi 1 (Tahad dan Sanjaya, 2017)

3. Orde Dua

Reaksi orde dua adalah suatu reaksi yang kelajuannya berbanding lurus dengan hasil kali konsentrasi dua reaktannya atau berbanding langsung dengan kuadrat konsentrasi salah satu reaktannya. Jika mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah reaksi orde dua dimana kecepatan adsorpsi yang terjadi berbanding lurus dengan dua konsentrasi pengikutnya atau satu pengikut berpangkat dua. Laju kinetika adsorpsi orde dua dinyatakan dalam persamaan linear berikut.

Gambar 4. Persamaan linear Orde Reaksi 1 (Tahad dan Sanjaya, 2017)

Keterangan :

C_A = Konsentrasi A pada saat t = t

C_A0 = Konsentrasi A pada saat t = 0

k = Konstanta kinetika (menit-1)

t = Waktu (menit)

DAFTAR PUSTAKA

Anggraini, U.M., A. Hasan dam I. Purnamasari. 2021. “Kinetika Adsorpsi Karbon Aktif Dalam Penurunan Konsentrasi Logam Tembaga (Cu) Dan Timbal (Pb)”. Jurnal Kinetika. Vol. 12 (2) : 29-37.

Estiaty, L.M. 2013. “Kesetimbangan Dan Kinetika Adsorpsi Ion Cu²⁺ Pada Zeolit-H”. Jurnal Riset Geologi dan Pertambangan. Vol. 22 (2) : 127-141.

Holle, R.B., A.D. Wuntu dan M.S. Sangi. “Kinetika Adsorpsi Gas Benzena Pada Karbon Aktif Tempurung Kelapa”. Jurnal MIPA UNSRAT. Vol. 2 (2) : 100-104.

Maihendra., A. Fadli dan Zultiniar. 2016. “Kinetika Adsorpsi pada Penjerapan Ion Timbal Pb²⁺ Terlarut dalam Air Menggunakan Partikel Tricalcium Phosphate”. Jurnal FTEKNIK. Vol. 3 (2) : 1-5.

Tahad, A. Dan A.S. Sanjaya. 2017. “Isoterm Freundlich, Model Kinetika Dan Penentuan Laju Reaksi Adsorpsi Besi Dengan Arang Aktif Dari Ampas Kopi”. Jurnal Chemurgy. Vol. 1 (2) : 13-21.