Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses pemisahan dimana komponen tertentu dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorbent). Biasanya partikel-partikel  kecil,  zat  penyerap  ditempatkan  dalam  suatu  hamparan  tetap kemudian fluida dialirkan melalui hamparan tersebut sampai zat padat itu mendekati jenuh dan proses pemisahan yang dikehendaki tidak dapat berlangsung lagi. (Apsari dan Dina.2010).

Adsorpsi biasanya dapat dijelaskan dari tegangan permukaan suatu zat padat. Molekul-molekul yang ada dalam zat padat mendapat gaya-gaya yang tidak sama, sehingga  untuk  mengimbangi  gaya-gaya  bagian  dalam  maka  molekul-molekul, biasanya gas atau liquid menjadi tertarik ke permukaan. Gaya ini relatif rendah dan disebut gaya Van der Walls.

Dalam peristiwa adsorpsi, zat-zat yang tertarik pada permukaan zat padat disebut dengan adsorbat, sedangkan adsorbent adalah suatu adsorber dalam suatu peristiwa adsorpsi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi :

1.  Sifat fisik dan kimia adsorbent, seperti luas permukaan, ukuran pori, komposisi kimia

2.  Sifat fisik dan kimia adsorbent, seperti polaritas molekul, ukuran molekul, komposisi kimia

3.  Konsentrasi adsorbat pada fase liquid

4.  Sifat fase liquid seperti pH dan temperatur

5.  Sifat fase gas seperti temperature dan tekanan

6.  Waktu kontak antara adsorbat dengan adsorbent

1)    Adsorpsi fase cair

a. Decoloring, drying atau degguming dari minyak, pelumas, solvent organik,minyak nabati maupun hewani.

b. Recovery biologi kimiawi (antibiotic, vitamin, aroma) dari fermentasi

c. Klarifikasi produk makanan dan minuman

d. Pewarnaan gula sirup

e. Pemurnian limbah

f. Pemisahan aromatik isomeri dengan hidrokarbon alifatis.

2)   Adsorpsi fasa gas

a. Drying gas

b. Purifikasi dan sirkulasi udara dari racun (Apsari dan Dina.2010).

Adsorpsi (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik (Rojikhi, 2012).

Adsorpsi adalah proses dimana substansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung pada permukaan zat padat oleh ikatan  fisika dan kimia. Substansi molekul atau bahan yang diserap disebut adsorbat, dan zat padat penyerapnya disebut adsorben. Proses adsorpsi biasanya dengan menggunakan karbon aktif yang digunakan untuk menyisihkan senyawa-senyawa aromatik dan senyawa organik terlarut (Rojikhi, 2012).

Adsorpsi biasanya dapat dijelaskan dari tegangan permukaan suatu zat padat. Molekul-molekul yang ada dalam zat padat mendapat gaya-gaya yang tidak sama, sehingga untuk mengimbangi gaya-gaya bagian dalam maka molekul-molekul, biasanya gas atau liquid menjadi tertarik ke permukaan. Gaya ini relatif rendah dan disebut gaya Van der Walls (Apsari dan Fitriasti, 2010).

Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat akibat ikatan kimia dan fisika. Adsorpsi dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia (Rojikhi, 2012).

Adsorpsi fisika yaitu berhubungan dengan gaya Van Der Walls dan merupakan proses bolak-balik. Apabila gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari pada gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan diadsorpsi pada permukaaan adsorben. Ikatan tersebut sangat lemah, sehiggga mudah untuk diputuskan apabila konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi diubah. Jadi proses ini berlangsung bolak-balik (Rojikhi, 2012).

Adsorpsi kimia yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorpsi. Molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan adsorben bereaksi secara kimia. Hal ini disebabkan  pada adsorpsi  kimia  terjadi pemutusan  dan pembentukan ikatan.  Dalam  proses adsorpsi kimia, ikatan antara zat terlarut yang teradsorpsi dan adsorben sangat kuat, sehingga sulit untuk dilepaskan dan proses hampir tidak mungkin untuk bolak-balik (Rojikhi, 2012).

Menurut Rojikhi (2012) proses  adsorpsi  dapat  terjadi  karena  adanya  gaya  tarik  atom  atau  molekul  pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar daripada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas, atau gas-cair.

1.      Bahan penyerap

Bahan   yang   digunakan   untuk   menyerap   mempunyai   kemampuan   berbeda-beda, tergantung dari bahan asal dan juga metode aktivasi yang digunakan.

2.       Ukuran butir

Semakin kecil ukuran butir, maka semakin besar permukaan sehingga dapat menyerap kontaminan makin banyak. Secara umum kecepatan adsorpsi ditujukan oleh kecepatan difusi zat terlarut ke dalam pori-pori partikel adsorben. Ukuran partikel yang baik untuk proses penyerapan antara  -100 / +200  mesh.

3.      Derajat Keasaman (pH Larutan)

Pada pH rendah, ion H⁺ akan berkompetisi dengan kontaminan yang akan diserap, sehingga efisiensi penyerapan turun. Proses penyerapan akan berjalan baik bila pH larutan tinggi. Derajat keasaman mempengaruhi adsorpsi karena pH menentukan tingkat ionisasi larutan, pH yang baik berkisar antara 8-9. Senyawa asam organik dapat diadsorpsi pada pH rendah dan sebaliknya basa organik dapat diadsorpsi pada pH tinggi.

4.        Waktu serap

Waktu serap yang lama akan memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul zat terlarut yang terserap berlangsung dengan baik.

5.       Konsentrasi

Pada  konsentrasi  larutan  rendah,  jumlah  bahan  diserap  sedikit,  sedangkan  pada konsentrasi tinggi  jumlah  bahan  yang  diserap  semakin banyak.  Hal ini  disebabkan  karena kemungkinan frekuensi tumbukan antara partikel semakin besar.

Kesetimbangan Adsorpsi

Pada saat fluida yang mengandung adsorbat dikontakkan dengan padatan adsorben, molekul-molekul adsorbat berpindah dari fluida ke padatan sampai konsentrasi adsorbat di aliran fluida berada dalam keadaan setimbang dengan adsorbat yang teradsorp dalam padatan adsorben. Data kesetimbangan adsorpsi yang  dihasilkan pada  temperatur  konstan  biasanya  disebut  isoterm  adsorpsi  (adsorption  isotherm), dimana  terdapat  hubungan  antara  jumlah  zat yang teradsorp per unit massa padatan dan konsentrasi adsorbat di larutan. Untuk  mengukur adsorpsi isoterm, massa padatan dan konsentrasi larutan yang telah diketahui  kuantitasnya  dikontakkan  sampai  terjadi  kesetimbangan. Adsorpsi isoterm dapat dihitung dengan mengukur konsentrasi adsorbat di larutan pada saat awal dan pada saat kesetimbangan(Atmoko, 2012).

Isoterm Adsorpsi Langmuir

Isoterm adsorbsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fase teradsorbsi pada permukaan adsorben dengan fase ruah kesetimbangan pada temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorbsi (Baker 1997).

Pada tahun 1918, Langmuir menurunkan teori isoterm adsorpsi dengan menggunakan model sederhana berupa padatan yang mengadsorpsi gas pada permukaannya. Pendekatan Langmuir meliputi lima asumsi mutlak, yaitu:

1.  Gas yang teradsorpsi berkelakuan ideal dalam fasa uap

2.  Gas yang teradsorpsi dibatasi sampai lapisan monolayer

3. Permukaan adsorbat homogen, artinya afinitas setiap kedudukan ikatan untuk molekul gas sama

4.  Tidak ada antaraksi lateral antar molekul adsorbat

5. Molekul gas yang teradsorpsi terlokalisasi, artinya mereka tidak bergerak pada permukaan (Atmoko, 2012).

Langmuir mengemukakan bahwa mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah sebagai berikut : A_(g) + S  ↔  AS, dimana A adalah molekul gas dan S adalah permukaan adsorpsi.

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekul molekul zat yang tidak teradsorpsi.

          Salah satu kelemahan dari isoterm Freundlich adalah bahwa ia gagal pada tekanan tinggi gas. Iarving langmuir pada 1916 berasal isoterm adsorbsi sederhana pada pertimbangan teoritis berdasarkan teori kinetika gas. Ini disebut sebagai adsorpsi isoterm Langmuir.

Isoterm Branauer, Emmet and Teller (BET)

          Isoterm ini berdasar asumsi bahwa adsorben mempunyai nilai permukaan yang homogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa molekul-molekul adsorbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat dipermukaannya. Pada isoterm ini, mekanisme adsopsi untuk setiap proses adsorpsi berbeda-beda. Mekanisme yang diajukan dalam isoterm ini adalah: Isoterm Langmuir biasanya lebih baik apabila diterapkan untuk adsorpsi kimia, sedangkan isoterm BET akan lebih baik daripada isoterm Langmuir bila diterapkan untuk adsorpsi fisik.

Isoterm Freundlich

          Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya adalah :

xm=k C1/n                    (2)                     

dimana:

x = banyaknya zat terlarut yng teradsorpsi (mg)

m = massa adsorben (mg)

C = konsentrasi adsorben yang sama

k,n = konstanta adsorben

          Dari persamaan tersebut, jika konsentrasi larutan dalam kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik akan diperoleh gradien n dan intersept. Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini akan digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan, karena dengan isoterm ini dapat menentukan efisiensi dari suatu adsorben (Ubaya, 1999).