Chapter II arang aktif

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Arang Aktif

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon,

dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu

tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara

di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut

hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan

bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh

luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap

arang tersebut dilakukan aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun

dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami

perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang

aktif.

Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m2/g dan ini

berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif mempunyai

sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa

kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-

pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-100%

terhadap berat arang aktif.

pdfMachine - is a pdf writer that produces quality PDF files with ease! Get yours now!

“Thank you very much! I can use Acrobat Distiller or the Acrobat PDFWriter but I consider your product a lot easier to use and much preferable to Adobe's" A.Sarras - USA

Universitas Sumatera Utara

http://www.pdfmachine.com?cl

Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai

penyerap uap. Arang aktif sebagai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat

halus, diameter pori mencapai 1000 Å, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk

memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak

diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lain yaitu

pada industri kimia dan industri baju. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas

pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan

mempunyai struktur yang lemah. Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya

berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200

Å, tipe pori lebih halus, digunakan dalam fase gas, berfungsi untuk memperoleh

kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung

kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras.

Sehubungan dengan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan arang aktif

untuk masing-masing tipe, pernyataan di atas bukan merupakan suatu keharusan.

Karena ada arang aktif sebagai pemucat diperoleh dari bahan yang mempunyai

densitas besar, seperti tulang. Arang tulang tersebut, dibuat dalam bentuk granular

dan digunakan sebagai pemucat larutan gula. Demikian juga dengan arang aktif yang

digunakan sebagai penyerap uap dapat diperoleh dari bahan yang mempunyai

densitas kecil, seperti serbuk gergaji.





Tabel 2.1. Penggunaan Arang Aktif

No. Pemakai Kegunaan Jenis/ Mesh

1. Industri obat dan

makanan

Menyaring, penghilangan bau dan

rasa

8x30, 325

2. Minuman keras dan

Ringan

Pengilangan warna, bau pada

minuman

4x8, 4x12

3. Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah 4x8, 4x12, 8x30

4. Pembersih air Penghilangan warna, bau,

penghilangan resin

5. Budi daya udang Permurnian, penghilangan

ammonia, netrite phenol dan

logam berat

4x8, 4x12

6. Industri gula Penghilangan zat-zat warna,

menyerap proses penyaringan

menjadi lebih sempurna

4x8, 4x12

7. Pelarut yang digunakan

kembali

Penarikan kembali berbagai

pelarut

4x8, 4x12, 8x30

8. Pemurnian gas Menghilangkan sulfur, gas

beracun, bau busuk asap

4x8, 4x12

9. Katalisator Reaksi katalisator pengangkut vinil

chloride, vinil acetat

4x8, 4x30

10. Pengolahan pupuk Pemurnian, penghilangan bau 8x30

Sumber: Meilita.T. Sembiring, ST dan Tuti. S. Sinaga, ST (2003)

Arang juga dapat dihasilkan dengan cara destilasi kering. Dengan cara ini,

bahan baku dipanaskan dalam suatu ruangan vakum. Hasil yang diperoleh berupa

residu yaitu arang dan destilat yang terdiri dari campuran metanol dan asam asetat.

Residu yang dihasilkan bukan merupakan karbon murni, tetapi masih mengandung





abu dan ter. Hasil yang diperoleh seperti metanol, asam asetat dan arang tergantung

pada bahan baku yang digunakan dan metoda destilasi.

Proses aktivasi merupakan hal yang penting diperhatikan di samping bahan

baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktivasi adalah suatu perlakuan

terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara

memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan

sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas

permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Metoda

aktivasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah:

a. Aktivasi Kimia: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan

pemakaian bahan-bahan kimia.

b. Aktivasi Fisika: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan

bantuan panas, uap dan CO2.

Untuk aktivasi kimia, aktivator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia

seperti: hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari

logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2 asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan

H3PO4. Arang aktif sebagai pemucat, dapat dibuat dengan aktivasi kimia. Bahan baku

dicampur dengan bahan-bahan kimia, kemudian campuran tersebut dipanaskan pada

temperatur 500-900°C. Selanjutnya didinginkan, dicuci untuk menghilangkan dan

memperoleh kembali sisa-sisa zat kimia yang digunakan. Akhirnya, disaring dan

dikeringkan. Bahan baku dapat dihaluskan sebelum atau setelah aktivasi.





Cheremisinoff dan A. C. Moressi (1978), mengemukakan bahwa proses

pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap yaitu:

a. Dehidrasi: proses penghilangan air.

Bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 °C.

b. Karbonisasi: pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon.

Temperatur di atas 170°C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat. Pada

temperatur 275°C, dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasil sampingan

lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 � 600°C.

c. Aktivasi: dekomposisi tar dan perluasan pori-pori.

Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktivator.

Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada

beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu:

1. Sifat Adsorben

Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang

sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan

secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar.

Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting

diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil

pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan

demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan

adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Jumlah

atau dosis arang aktif yang digunakan, juga diperhatikan.





2. Sifat Serapan

Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya

untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorpsi akan

bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari

sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorsi juga dipengaruhi oleh

gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa

serapan.

3. Temperatur

Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk menyelidiki temperatur pada saat

berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan

mengenai temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi

temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa

serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti

terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada

titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar

atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil.

4. pH (Derajat Keasaman)

Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu

dengan penambahan asam-asam minreal. 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.





5. Waktu Kontak

Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk

mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan

jumlah arang yang digunakan. Selain ditentukan oleh dosis arang aktif,

pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan

untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan

senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan

waktu singgung yang lebih lama (Sembiring, 2003).

2.2. Kontaminasi Logam Berat

Secara umum diketahui bahwa logam berat merupakan unsur yang berbahaya

di permukaan bumi, sehingga kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan

masalah besar dunia saat ini. Persoalan spesifik di lingkungan terutama akumulasinya

sampai pada rantai makanan dan keberadaannya di alam, serta meningkatnya

sejumlah logam berat yang menyebabkan keracunan terhadap tanah, udara, dan air

meningkat. Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap

peningkatan kontaminan tersebut (Onrizal, 2005).

Logam berat di suatu lahan secara umum bisa berasal dari proses alam atau

akibat kegiatan manusia. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah

mengakibatkan batuan-batuan dan gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat

besar ke lingkungan. Namun apabila proses alam tersebut tidak mengalami perubahan

siklus, jarang yang sampai pada tingkat toksik. Sedangkan kegiatan-kegiatan manusia





yang dapat menyebabkan masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah

pertambangan (minyak, emas, batubara, dll), pembangkit tenaga listrik, peleburan

logam, pabrik-pabrik pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan penggunaan

produk sintetik (misalnya pestisida, cat, baterai, limbah industri, dll). Kontaminasi ini

akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya usaha eksploitasi berbagai

sumber alam di mana logam berat terkandung di dalamnya (USDA NRCS, 2000,

Suhendrayatna, 2001). Unsur pencemar utama dari logam berat dan sumbernya

di alam secara lengkap disajikan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Daftar Unsur Utama dari Logam Berat dan Sumbernya di Alam

No. Unsur Sumber Logam di Alam 1. Antimony Stibnite (Sb2S3), geothermal springs, mine drainage 2. Arsenic Metal arsenides and arsenates, sulfide ores (arsenopyrite), arsenite

(HasO2), vulcanic gases, geothermal springs 3. Beryllium Beryl (Be3Al2Si6O16), Phenacite (Be2Si)4) 4. Cadmium Zinc carbonate and sulfide ores, copper carbonate and sulfide ores 5. Chromium Chromite (FeCr2O), chromic oxide (Cr2O3) 6. Copper Free metal (Cu0), copper sulfide (CuS2), Chalcopyrite (CuFeS2), mine

drainage 7. Lead Galena (PbS) 8. Mercury Free mercury (Hg0), Cinnabar (HgS) 9. Nickel Ferromagnesian minerals, ferrous sulfide ores, nickel oxide (NiO2),

Pentladite [(Ni,Fe) 9S8], nickel hydroxide [Ni(OH)3] 10. Selenium Free metal (Ag0), Ferroselite (FeSe2), uranium deposits, black shales,

Chalcopyrite-Pantladite-Pyrrhotite deposits 11. Silver Free metal (Ag0), silver chlorite (AgCl2), Argentide (AgS2), copper,

lead, zinc ores 12. Thallium Copper, lead, silver residues 13. Zinc Zinc blende (ZnS), Willemite (ZnSiO4), Calamite (ZnCO3), mine

drainage Sumber: Novotny (1995) yang dimodifikasi oleh Suhendrayatna (2001)

Salah satu indikator yang digunakan untuk mendeteksi pencemaran air adalah

cemaran logam berat di dalamnya. Disebut logam berat berbahaya karena umumnya





memiliki rapat massa tinggi (5 g/cm3) dan sejumlah konsentrasi kecil dapat bersifat

racun dan berbahaya. Di antara semua unsur logam berat, Hg menduduki urutan

pertama dalam hal sifat racunnya kemudian diikuti oleh logam berat antara lain Cd,

Ag, Ni, Cu, Pb, As, Cr, Sn, dan Zn.

Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat terbagi ke dalam dua

jenis yaitu: pertama logam berat esensial di mana keberadaannya dalam jumlah

tertentu sangat dibutuhkan oleh setiap organisme hidup, seperti antara lain Zn, Cu,

Fe, Co, Mn, dan lain-lain. Kedua logam berat tidak esensial atau beracun, di mana

keberadaan dalam tubuh organisme hidup hingga saat ini masih belum diketahui

manfaatnya bahkan justru dapat bersifat racun, seperti misalnya; Hg, Cd, Pb, Cr, dan

lain-lain.

Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5

gr/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang

tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4

sampai 7 (Miettinen, 1977). Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd),

dan merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya. Afinitas yang tinggi

terhadap unsur S menyebabkan logam ini menyerang ikatan belerang dalam enzim,

sehingga enzim bersangkutan menjadi tak aktif. Gugus karboksilat (-COOH) dan

amina (-NH2) juga bereaksi dengan logam berat. Kadmium, timbal, dan tembaga

terikat pada sel-sel membran yang menghambat proses transpormasi melalui dinding

sel. Logam berat juga mengendapkan senyawa fosfat biologis atau mengkatalis

penguraiannya (Manahan, 1977).





Berdasarkan sifat kimia dan fisikanya, maka tingkat atau daya racun logam

berat terhadap hewan air dapat diurutkan (dari tinggi ke rendah) sebagai berikut

merkuri (Hg), kadmium (Cd), seng (Zn), timah hitam (Pb), krom (Cr), nikel (Ni), dan

kobalt (Co) (Sutamihardja dkk, 1982). Menurut Darmono (1995) daftar urutan

toksisitas logam paling tinggi ke paling rendah terhadap manusia yang

mengkomsumsi ikan adalah sebagai berikut Hg2+> Cd2+ > Ag2+ > Ni2+ > Pb2+ >As2+

>Cr2+ > Sn2+ > Zn2+. Sedangkan menurut Kementrian Negara Kependudukan dan

Lingkungan Hidup (1990) sifat toksisitas logam berat dapat dikelompokan ke dalam 3

kelompok, yaitu bersifat toksik tinggi yang terdiri dari atas unsur-unsur Hg, Cd, Pb,

Cu, dan Zn. Bersifat toksik sedang terdiri dari unsur-unsur Cr, Ni, dan Co, sedangkan

bersifat tosik rendah terdiri atas unsur Mn dan Fe.

Adanya logam berat di perairan, berbahaya baik secara langsung terhadap

kehidupan organisme, maupun efeknya secara tidak langsung terhadap kesehatan

manusia. Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam berat (PPLH-IPB, 1997;

Sutamihardja dkk, 1982) yaitu:

1. Sulit didegradasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan

keberadaannya secara alami sulit terurai (dihilangkan).

2. Dapat terakumulasi dalam organisme termasuk kerang dan ikan, dan akan

membahayakan kesehatan manusia yang mengkomsumsi organisme tersebut.

3. Mudah terakumulasi di sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari

konsentrasi logam dalam air. Di samping itu sedimen mudah tersuspensi karena

pergerakan masa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke





dalam air, sehingga sedimen menjadi sumber pencemar potensial dalam skala

waktu tertentu

2.2.1. Tembaga (Cu)

Tembaga bersifat racun terhadap semua tumbuhan pada konsentrasi larutan

di atas 0,1 ppm. Konsentrasi yang aman bagi air minum manusia tidak lebih dari 1

ppm. Bersifat racun bagi domba pada konsentrasi di atas 20 ppm. Konsentrasi normal

komponen ini di tanah berkisar 20 ppm dengan tingkat mobilitas sangat lambat

karena ikatan yang sangat kuat dengan material organik dan mineral tanah liat.

Kehadiran tembaga pada limbah industri biasanya dalam bentuk ion bivalen Cu(II)

sebagai hydrolytic product. Beberapa industri seperti pewarnaan, kertas, minyak,

industri pelapisan melepaskan sejumlah tembaga yang tidak diharapkan. Tembaga

dalam konsentrasi tinggi (22-750 mg/kg tanah kering) dijumpai pada sedimen di laut

Hongkong dan jumlah yang sama juga ditemui pada sejumlah pelabuhan-pelabuhan

di Inggris (Nora, 1998).

Tembaga merupakan logam yang ditemukan di alam dalam bentuk senyawa

dengan sulfida (CuS). Tembaga sering digunakan pada pabrik-pabrik yang

memproduksi peralatan listrik, gelas, dan alloy. Tembaga masuk keperairan

merupakan faktor alamiah seperti terjadinya pengikisan dari batuan mineral sehingga

terdapat debu, partikel-partikel tembaga yang terdapat dalam lapisan udara akan

terbawa oleh hujan. Tembaga juga berasal dari buangan bahan yang mengandung

tembaga seperti dari industri galangan kapal, industri pengolahan kayu, dan limbah

domestik.





Pada konsentrasi 2,3 � 2,5 mg/l dapat mematikan ikan dan akan menimbulkan

efek keracunan, yaitu kerusakan pada selaput lendir (Saeni, 1997). Tembaga dalam

tubuh berfungsi sebagai sintesa hemoglobin dan tidak mudah dieksresikan dalam

urine karena sebagian terikat dengan protein, sebagian dieksresikan melalui empedu

ke dalam usus dan dibuang ke feses, sebagian lagi menumpuk dalam hati dan ginjal,

sehingga menyebabkan penyakit anemia dan tuberkulosis.

2.2.2. Kadmium (Cd)

Penggunaan kadmium yang paling besar (75%) adalah dalam industri batu

baterai (terutama baterai Ni-Cd). Selain itu, logam ini juga dapat digunakan campuran

pigmen, electroplating, pembuatan alloys dengan titik lebur yang rendah, pengontrol

pembelahan reaksi nuklir, dalam pigmen cat dengan membentuk beberapa garamnya

seperti kadmium oksida (yang lebih dikenal sebagai kadmium merah),

semikonduktor, stabilisator PVC, obat-obatan seperti sipilis dan malaria, dan

penambangan timah hitam dan bijih seng, dan sebagainya.

Logam kadmium mempunyai penyebaran sangat luas di alam, hanya ada satu

jenis mineral kadmium di alam yaitu greennockite (CdS) yang selalu ditemukan

bersamaan dengan mineral spalerite (ZnS). Berdasar pada sifat-sifat kimianya, logam

Cd didalam persenyawaan yang dibentuknya pada umumnya mempunyai bilangan

valensi 2+, sangat sedikit yang mempunyai bilangan valensi 1+. Waktu paruh dari

kadmium dalam tubuh 7-30 tahun dan menembus ginjal terutama setelah terjadi

kerusakan.





Kadmium (Cd) merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya

karena unsur ini berisiko tinggi terhadap pembuluh darah. Logam ini memiliki

tendensi untuk bioakumulasi. Keracunan yang disebabkan oleh kadmium dapat

bersifat akut dan keracunan kronis. Logam Cd merupakan logam asing dalam tubuh

dan tidak dibutuhkan dalam proses metabolisme. Logam ini teradsorbsi oleh tubuh

manusia yang akan menggumpal di dalam ginjal, hati dan sebagian dibuang keluar

melalui saluran pencernaan. Keracunan Cd dapat mempengaruhi otot polos pembuluh

darah. Akibatnya tekanan darah menjadi tinggi yang kemudian bisa menyebabkan

terjadinya gagal jantung dan kerusakan ginjal.

Penelitian terkini menyebutkan bahwa logam beracun kadmium dapat dibawa

ke dalam tubuh oleh seng yang terikat dalam protein (dalam hal ini adalah struktur

protein yang mengandung rantai seng). Ikatan kadmium dalam zat organik

mempunyai kekuatan 10 kali lebih besar dibandingkan dengan seng jika terikat dalam

zat organik. Sebagai tambahan, kadmium juga dapat menggantikan magnesium dan

kalsium dalam ikatannya dengan struktur zat organik. Secara prinsip, pada

konsentrasi rendah berefek terhadap gangguan pada paru-paru, emphysemia dan renal

turbular disease yang kronis. Kadmium lebih mudah terakumulasi oleh tanaman jika

dibandingkan dengan timbal (Pb). Logam berat ini tergabung bersama timbal dan

merkuri sebagai �the big three heavy metals� yang memiliki tingkat bahaya tertinggi

pada kesehatan manusia (Saeni, 1997).

Dari evaluasi beberapa teknik pengolahan logam berat dengan

mempertimbangkan akan kemudahan sistem aplikasi lapangan dan sumber daya yang





melimpah, maka diperoleh suatu metode yang lebih representatif dalam mengolah

logam berat timbal dan kadmium. Metode tersebut adalah adsorpsi dengan media

karbon aktif. Karbon aktif memiliki ruang pori sangat banyak dengan ukuran

tertentu. Pori-pori ini dapat menangkap partikel-partikel sangat halus (molekul)

terutama logam berat dan menjebaknya di sana. Penyerapan menggunakan karbon

aktif adalah efektif untuk menghilangkan logam berat. Ion logam berat ditarik oleh

karbon aktif dan melekat pada permukaannya dengan kombinasi dari daya fisik

kompleks dan reaksi kimia. Karbon aktif memiliki jaringan porous (berlubang) yang

sangat luas yang berubah-ubah bentuknya untuk menerima molekul pengotor baik

besar maupun kecil. Efektivitas adsorpsi karbon aktif terhadap logam timbal Pb2+

telah ditunjukkan pada sertifikat NSF (National Sanitation Foundation) yang

merefleksikan isotherm Langmuir di mana adsorbsi logam berat Pb akan berlangsung

sampai mencapai titik keseimbangan di mana proses adsorbsi tidak akan berjalan lagi

atau berhenti meskipun dosis karbon aktif diperbesar. Kecepatan penyerapan ini

tergantung dari sifat adsorbsi, temperatur, pH, dan waktu singgung karbon aktif

dengan Pb. Sedangkan penyerapan Cd relatif merefleksikan isotherm Freundlich.

Proses eliminasi logam berat Pb dan Cd dengan karbon aktif akan semakin

efektif di mana selain sebagai adsorben karbon aktif secara simultan juga bertindak

sebagai pemberat (weighing agent) demikian pula jika berbagai metode pengolahan

digabung misalnya metode adsorbsi karbon aktif dengan metode konvensional

(koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi dan klorinasi). Penyerapan karbon aktif

bubuk dapat digunakan pada instalasi pengolahan di hampir seluruh tempat/titik





pembubuhan. Pembubuhan karbon aktif dapat dilakukan dengan sistem kering

maupun basah. Titik pembubuhan ini tentunya mempunyai kelebihan dan kekurangan

masing-masing. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar

menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan.

2.3. Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses pengumpulan subtansi terlarut (soluble) yang ada

dalam larutan oleh permukaan benda penyerap di mana terjadi suatu ikatan kimia

fisika antara subtansi dan penyerapnya. Proses adsorpsi digambarkan sebagai proses

molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat penyerap akibat

ikatan fisika dan kimia. Adsorpsi dalam air limbah sering mengikuti proses biologis

untuk menyisihkan bahan-bahan yang tidak tersisihkan oleh proses biologis, misalnya

bahan organik non-biodegradabel. Oleh karena itu adsorpsi sering dikelompokkan

sebagai pengolahan tersier (Sawyer et. al., 1994 dalam Masduqi dan Slamet, 2000).

Permukaan padatan yang kontak dengan suatu larutan cenderung untuk

menghimpun lapisan dari molekul-molekul zat terlarut pada permukaannya akibat

ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan. Adsorpsi kimia menghasilkan

pembentukan lapisan monomolekular adsorbat pada permukaan melalui gaya-gaya

dari valensi sisa dari molekul-molekul pada permukaan. Adsorpsi fisika diakibatkan

kondensasi molekular dalam kapiler-kapiler dari padatan. Secara umum, unsur-unsur

dengan berat molekul yang lebih besar akan lebih mudah diadsorpsi.





Terjadi pembentukan yang cepat sebuah kesetimbangan konsentrasi antar-

muka, diikuti dengan difusi lambat ke dalam partikel-partikel karbon. Laju adsorpsi

keseluruhan dikendalikan oleh kecepatan difusi dari molekul-molekul zat terlarut

dalam pori-pori kapiler dari partikel karbon. Kecepatan itu berbanding terbalik

dengan kuadrat diameter partikel, bertambah dengan kenaikan konsentrasi zat

terlarut, bertambah dengan kenaikan temperatur, dan berbanding terbalik dengan

kenaikan berat molekul zat terlarut (Freeman, 1989).

Pada proses adsorpsi dibatasi proses difusi film dan difusi pori yang

tergantung pada lamanya kontak antara partikel adsorben dan fluida dalam sistem.

Bila lamanya kontak relatif sedikit maka lapisan film yang disekeliling partikel akan

tebal sehingga proses adsorpsi berlangsung lambat. Dengan pengadukan yang cukup

maka kecepatan difusi film meningkat.

Morris dan Weber menemukan bahwa laju adsorpsi bervariasi seiring dengan

akar pangkat dua dari waktu kontak dengan adsorben. Kecepatan ini juga meningkat

dengan menurunnya pH sebab perubahan muatan pada permukaan karbon. Kapasitas

adsorpsi dari karbon terhadap suatu zat terlarut tergantung pada dua-duanya, karbon

dan zat terlarutnya. Kebanyakan limbah cair adalah kompleks dan bervariasi dalam

hal kemampuan adsorpsi dari campuran-campuran yang ada. Struktur molekul,

kelarutan, dsb, semuanya berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi (Rosen, 1989).





2.4. Impregnasi Karbon Aktif

Polusi air menjadi masalah serius dengan perkembangan industri dari tahun ke

tahun. Dilihat dari pencegahan bau busuk atau pemeliharaan lingkungan,

pengembangan metode pengolahan kontaminasi atmosfer menjadi sangat dibutuhkan.

Pestisida dan logam berat yang dilepas ke badan air merupakan substansi utama

penyebab penurunan kualitas air bersih.

Upaya penanganan pencemaran logam berat sebenarnya dapat dilakukan

dengan menggunakan proses kimiawi. Seperti penambahan senyawa kimia tertentu

untuk proses pemisahan ion logam berat atau dengan resin penukar ion (exchange

resins), serta beberapa metode lainnya seperti penyerapan menggunakan karbon aktif,

electrodialysis dan reverse osmosis. Namun proses ini relatif mahal dan cenderung

menimbulkan permasalahan baru, yaitu akumulasi senyawa tersebut dalam sedimen

dan organisme akuatik (perairan) (Wijaya, 2006).

Karbon aktif telah banyak digunakan untuk menghilangkan berbagai spesies

bahan kimia dari fase gas ataupun cair. Ukuran porinya terdistribusi luas dan dikenal

sebagai adsorben universal. Namun, untuk meningkatkan kelemahannya diperlukan

perlakuan kimia pada permukaannya. Karena karbon aktif memiliki makropori, maka

dapat dimanfaatkan untuk impregnasi (Yoshida, 2004), salah satu tujuannya untuk

membentuk komposit karbon aktif dan garam logam yang bersifat antibakteri.

Impregnasi karbon aktif dengan berbagai mineral dan senyawa organik telah

dipaparkan oleh penelitian-penelitian terdahulu. Karbon aktif diimpregnasi dengan

senyawa organik dengan gugus aktif seperti �SH, -NH dapat menghasilkan adsorpsi





yang lebih efektif dan mengurangi logam berat dari limbah. Tingkat adsorpsi dan

kesempurnaan penghilangan bergantung pada pH larutan, temperatur, konsentrasi,

ukuran molekul, dan berat molekul, kompleksitas struktur molekul adsorben, tipe dan

bentuk fisik karbon aktif yang digunakan. Faktor penting lain yang menentukan sifat

adsorpsi karbon aktif adalah distribusi ukuran pori dan gugus fungsi permukaan.

Karbon aktif tidak hanya memiliki karbon, tapi juga sejumlah kecil ikatan kimia atom

O dan H dalam bentuk berbagai gugus fungsi yang biasanya memberikan sifat asam

pada padatan karbon, ditambah kandungan mineral yang biasanya ditandai dengan

abu atau residu setelah pengarangan (Khalkhali, 2004).

2.5. Uji Kualitas Air

Menurut Soetarto (2008), semua organisme selalu membutuhkan air untuk

kelangsungan hidupnya. Hal ini disebabkan semua reaksi biologis yang berlangsung

di dalam tubuh makhluk hidup berlangsung dalam medium air. Oleh karena itu dapat

dikatakan bahwa tidak mungkin ada kehidupan tanpa adanya air. Tetapi sering sekali

terjadi pengotoran dan pencemaran air dengan kotoran-kotoran dan sampah. Oleh

karena itu air dapat menjadi sumber atau perantara berbagai penyakit.

Logam berat biasanya didefinisikan berdasarkan sifat-sifat fisiknya dalam

keadaan padat dengan menggunakan metode teknologi yang telah maju. Sifat-sifat

fisik tersebut antara lain memiliki:

1. Daya pantul cahaya yang tinggi,

2. Daya hantar listrik yang tinggi,





3. Daya hantar panas, dan

4. Kekuatan dan ketahanan.

Logam berat dalam keadaan padat juga dapat dibedakan berdasarkan: struktur

kristalnya, sifat pengikat kimianya, serta sifat-sifat magnitnya. Kelarutan logam berat

dalam air dan lemak merupakan suatu proses toksikologi yang amat penting, karena

proses ini adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi adanya proses biologi

dan penyerapan logam berat itu sendiri.

Metode analisis untuk penentuan konsentrasi logam berat yang hingga kini

paling populer digunakan adalah Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Adapun

prinsip kerja SSA ini pada dasarnya adalah suatu proses eksitasi, di mana dalam

proses pengatoman ini setiap logam berat memiliki penyinaran dengan panjang

gelombang yang spesifik. Kneip dan Friberg (1986) berpendapat bahwa dalam

penentuan kandungan logam berat, ada tiga hal utama yang harus diperhatikan yaitu

ketepatan, ketelitian, dan batas deteksi. Jenis pelarut kimia yang digunakan dalam

analisis logam dapat mempengaruhi hasil analisis tersebut. Rivai (2000), melaporkan

bahwa ekstraksi sampel dengan menggunakan pelarut HNO3 menghasilkan

konsentrasi logam berat hampir 10 kali lebih tinggi daripada pelarut HCl.





Documents

Chapter II arang aktif