Penentuan Sifat Koloid
Penentuan Adsorben
Jika kalian diminta untuk mendesain sebuah percobaan mengatasi limbah zat warna, menurut kalian bahan apa yang kira-kira paling efektif untuk diterapkan dalam menyerap limbah zat warna tersebut?
Pengolahan Limbah di Perairan
1. Tawas dan Filter
Menjernihkan air yang tercemar di lingkungan dapat
menggunakan alat penjernih air sederhana. Air keruh yang disaring digolongkan
sebagai suspensi karena bersifat heterogen, terdiri dari dua fase yaitu padat
dan cair, keruh, serta apabila didiamkan terbentuk endapan. Alat penjernih air
memiliki beberapa komponen penyaring, yaitu pasir, tawas, kapas, sabut kelapa,
arang, batu kerikil dan lidi.
Ketika air keruh dimasukkan ke dalam alat penjernih air
sederhana. Maka tidak lain dan tidak bukan air yang keluar dari alat penjernih
air tersebut adalah air yang jauh lebih jernih dibandingkan yang semula. Hal
ini dikarenakan partikel-partikel suspensi yang membuat air menjadi keruh
ukurannya lebih besar dibandingkan kerapatan komponen-komponen penyaring dalam
alat penjernih air sederhana. Selain itu terdapat tawas yang berfungsi untuk mengadsorbsi,
mengendapkan dan menggumpalkan kotoran-kotoran dalam air keruh. Ion Al3+ dari
tawas akan menggumpalkan koloid tanah liat yang bermuatan negatif. Disamping
itu tawas juga akan mengadsorbsi zat-zat seperti warna, detergen, peprisida dan
lain-lain yang terdispersi dalam air keruh.
Air
dapat dijernihkan berdasarkan sifat-sifat koloid, yaitu koagulasi dan adsorpsi.
Proses koagulasi terjadi akibat tidak stabilnya sistem koloid; yang disebabkan
penambahan zat elektrolit ke dalam sistem koloid tersebut. Sedangkan adsorpsi atau penyerapan
adalah proses terikatnya suatu cairan, gas atau fluida pada permukaan
suatu padatan atau
cairan (zat penyerap, adsorben) dan
akhirnya membentuk lapisan tipis atau film (zat terserap,
adsorbat).
Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia
adsorben (komposisi kimia, ukuran
partikel, dan luas permukaan),
sifat fisik dan kimia adsorbat (ukuran molekul
dan komposisi kimia),
serta konsentrasi adsorbat dalam
fase cairan. Dalam adsorpsi hal
yang paling penting adalah luas
permukaan dan ukuran pori adsorben. Semakin kecil
ukuran partikel maka semakin
besar luas permukaan
padatan per satuan volume
sehingga semakin banyak zat yang dapat diadsorpsi (Atkins,
1999).
Air
sungai atau air sumur yang keruh mungkin mengandung lumpur (sol tanah liat),
zat-zat warna, detergen, pestisida, dan lain-lain.
Zat koagulasi yang ditambahkan pada proses penjernihan air adalah tawas,
K2SO4A12(SO4)3. Zat A12(SO4 )3 dalam
air akan terhidrolisis membentuk koloid A1(OH)3. Koloid Al(OH)3 yang
terbentuk akan mengadsorpsi, menggumpalkan, dan mengendapkan kotoran-kotoran
dalam air keruh. Ion Al3+ dari koloid Al(OH)3 akan
menggumpalkan koloid tanah liat yang bermuatan negatif. Disamping itu, koloid
Al(OH)3 akan mengadsorpsi zat-zat lain seperti zat-zat warna,
detergen, pestisida, dan lain-lain yang terdispersi dalam air keruh tersebut.
2. Zeolit
Zeolit
Zeolit
merupakan senyawa aluminosilikat terhidrasi yang terdiri dari ikatan SiO4
dan AlO4 tetrahidra yang dihubungkan oleh atom oksigen untuk
membentuk kerangka. Pada kerangka zeolit, tiap atom Al bersifat negatif dan
akan dinetralkan oleh ikatan dengan kation yang mudah dipertukarkan. Kation
yang mudah dipertukarkan yang ada pada kerangka zeolit ini berpengaruh dalam
proses adsorpsi dan sifat-sifat thermal zeolit (Ozkan dan Ulku, 2008). Selain
jenis kation, kemampuan adsorpsi zeolit juga dipengaruhi oleh perbandingan
Si/Al dan geometri pori-pori zeolit, termasuk luas permukaan dalam, distribusi
ukuran pori dan bentuk pori (Ackley dkk., 2003; Gruszkiewicz dkk., 2005).
Zeolit merupakan material yang memiliki
bentuk kristal sangat teratur dengan rongga yang saling berhubungan ke segala
arah dan menjadikan luas permukaan zeolit sangat besar sehingga sangat baik
digunakan sebagai adsorben (Suardana, 2008). Zeolit terdapat secara alami di
permukaan tanah. Saat ini banyak jenis zeolit alam yang telah ditemukan dan
dikelompokkan berdasarkan kesamaan strukturnya. Meskipun zeolit sintetis juga
telah banyak diproduksi, namun zeolit alam tetap mempunyai peranan penting
karena ketersediaannya yang melimpah di alam, khususnya di Indonesia (Senda
dkk., 2006). Berbeda dengan zeolit sintetis yang strukturnya dapat diprediksi
dari senyawa penyusunnya, zeolit alam mempunyai struktur yang tidak selalu
sama, tergantung pada kondisi pembentukannya di alam. Oleh karena itu, pada
penggunaan zeolit alam sebagai adsorben dibutuhkan proses aktivasi. Proses
aktivasi ini diperlukan untuk meningkatkan sifat khusus zeolit dan
menghilangkan unsur pengotor (Rosita dkk., 2004). Proses aktivasi juga dapat merubah
jenis kation, perbandingan Si/Al serta karakteristik zeolit agar sesuai dengan
bahan yang akan diserap.
Zeolit mempunyai pori-pori yang dapat
menyerap zat warna dan mempunyai kation yang bergerak bebas sehingga
memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit. Sehingga zeolit
dapat sebagai adsorben dalam mengadsorpsi limbah warna (dyes) dalam penurunan
konsentrasinya. Zeolit alam mengandung muatan negatif
dan muatan positif dalam jumlah tertentu. Adsorbat yang memiliki muatan negatif
akan berikatan dengan muatan positif dari zeolit alam. Sedangkan adsorbat yang
memiliki muatan positif akan berikatan dengan muatan negatif dari zeolit alam.
3.
Arang Aktif
Arang Aktif
Arang aktif merupakan suatu bahan berupa
karbon amorf yang sebahagian besar terdiri atas atom karbon bebas dan mempunyai
permukaan dalam (internal surface) sehingga mempunyai kemampuan daya serap (adsorption) yang baik (Surtamtomo et
al., 1997). Bahan ini mampu mengadsorpsi anion, kation, dan molekul dalam
bentuk senyawa organik dan anorganik, baik berupa larutan maupun gas (Pari,
1996).
Pembuatan arang aktif dilakukan dalam
dua tahap. Tahap pertama adalah pembentukan arang bersifat amorf dan porous
pada suhu rendah. Tahap kedua adalah proses pengaktifan untuk menghilangkan
hidrokarbon yang melapisi permukaan arang supaya porositas arang meningkat.
Aktivasi arang untuk menghasilkan arang aktif dapat dilakukan dengan dua cara,
yaitu cara kimia dan fisika. Beberapa bahan yang mengadung karbon dalam jumlah
banyak seperti kayu, sebuk gergajian kayu, kulit biji, tempurung, gambut, batu
bara, petroleum coke, dan lignit dapat dibuat arang aktif. Sifat arang aktif
dipengaruhi oleh bahan baku dan cara aktivasi yang digunakan (Austin, 1984).
Struktur Grafit Arang Aktif (Jankowska, 1991).
Metode adsorpsi
menggunakan arang aktif
merupakan salah satu cara penanganan limbah zat warna yang paling umum
digunakan karena biayanya
murah, metodenya sederhana, mudah
dilakukan, dan cocok untuk zat yang beracun (Hamdaoui dan Mahdi, 2006). Arang aktif dapat menyerap zat-zat atau mineral yang mencemari perairan.
4. Silika Gel
Silika Gel
Silika gel merupakan salah satu bahan
kimia berbentuk padatan yang banyak dimanfaatkan sebagai adsorben. Hal ini
disebabkan oleh mudahnya produksi dan juga beberapa kelebihan yang lain, yaitu
: sangat inert, hidrofilik, mempunyai kestabilan termal dan mekanik yang tinggi
serta relatif tidak mengembang dalam pelarut organik jika dibandingkan dengan
padatan resin polimer organik. Kualitas yang berkaitan dengan pemanfaatannya
ditentukan oleh berbagai faktor, yaitu struktur internal, ukuran partikel,
porositas, luas permukaan, ketahanan dan polaritasnya.
Salah satu metode untuk menghilangkan air
pada cat dinding
yang telah mengalami water
spot adalah dengan menyerap kadar
air yang terjebak
antara lapiasan cat
dan plamirtanpa harus melakukan
pengamplasan pada cat. Penyerapan
dapat dilakukan dengan bahan-bahan
yang memiliki tingkat
adsorbsi terhadap air yang
tinggi. Salah satu zat yang memiliki
tingkat adsorbsi yang
tinggi terhadap air adalah
silika gel yang
banyak digunakaan pada
pembuatan popok dan
zat penyerap kelembaban pada
bungkus berbagai produk sepatu,
obat-obatan, dan pakaian agar tidak
mudah menjamur dan rusak. Gel silika adalah
butiran seperti kaca
dengan bentuk yang sangat
berpori, silika dibuat
secara sintetis dari natrium
silikat. Walaupun namanya gel
silika padat. Gel silika adalah mineral
alami yang dimurnikan
dan diolah menjadi
salah satu bentuk
butiran atau manik-manik. Sebagai
pengering, ia memiliki ukuran pori
rata-rata 2,4 nanometer dan
memiliki afinitas yang
kuat untuk molekul
air. Silika gel merupakan
suatu bentuk dari
silika yang dihasilkan
melalui penggumpalan sol natrium silikat (NaSiO2). Sol
mirip agar-agar ini dapat
didehidrasi sehingga berubah menjadi
padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak
elastis. Sifat ini menjadikan silika gel
dimanfaatkan sebagai zat penyerap (adsroben), pengering
dan penopang katalis
(Setiyo, 2014).
Menurut Oscik (1982, 188) susunan tetrahedral
SiO4 pada silika gel tidak beraturan seperti struktur berikut :
Strukur Silika Gel (Oscik, 1982)
Evaluasi Pengalaman
Berdasarkan data yang telah dikumpulkan
dan jawaban pertanyaan. Tuliskan kesimpulan anda mengenai adsorben
MOFs, zeolit, silika gel, dan arang aktif yang dapat mengadsorpsi limbah!
Kesimpulan yang anda peroleh diposting dikolom komentar! (Kesimpulan yang kalian tulis di laporan)
Menguji Hasil
Laporan dan video proyek rangkaian alat
penjernihan limbah dikumpulkan di link berikut!
Link : Laporan dan Video Proyek Rangkaian Alat Penjernihan Limbah
Setelah link laporan dan video diupload maka untuk menguji pemahaman terkait adsorpsi limbah oleh rangkaian alat menggunakan adsorben zeolit, silika gel, dan arang aktif maka didiskusikan pertanyaan yang terdapat pada laporan proyek rangkaian alat penjernihan limbah! Diskusi dilakukan di kolom komentar!
Monitoring Perkembangan Proyek
Monitoring perkembangan proyek rangkaian alat untuk mengadsorpsi limbah yang
mencemari lingkungan dilakukan selama 1 minggu dengan mengisi lembar
monitoring di link berikut!
Link : Monitoring Perkembang Proyek Rangkaian Alat Penjernihan Limbah
Untuk menulis laporan proyek yang dilakukan maka
carilah informasi terkait penyebab adsorben yang kalian gunakan dapat
mengadsorpsi limbah tersebut!
Informasi yang seharusnya anda temukan
diantaranya mengenai karakteristik bahan yang kalian gunakan (zeolit, silika
gel, dan arang aktif) sebagai adsorben dan mekanisme proses adsropsi
yang terjadi!
Hasil data yang anda peroleh diposting dikolom komentar!
Menyusun Jadwal Pembuatan
Dari hasil diskusi maka diperoleh MOFs sebagai adsorben yang paling baik dalam menyerap limbah. Tetapi nyatanya MOFs perlu disintesis terlebih dahulu dan membutuhkan biaya yang relatif tinggi dan waktu yang lama. Oleh karena itu, menurut kalian jenis adsorben apa yang paling efektif dan efesien untuk mengatasi pencemaran lingkungan di sekitar kalian? Tuliskan langkah pembuatan rangkaian alat penjernihan limbah yang mungkin bisa kalian lakukan dan susun jadwal pembuatannya!
Berikut link format laporan proyek rangkaian alat untuk penjernihan limbah yang mencemari lingkungan!
Link : Format Laporan Proyek Rangkaian Alat Penjernihan Limbah
Adsorpsi Limbah Zat Warna oleh MOFs
Proses Adsorpsi Limbah Zat Warna oleh MOFs
Alat : botol vial, pipet tetes, gelas ukur, shaker
Bahan : MOFs dan Limbah Zat Warna
Langkah Kerja Adsorpsi Limbah Zat Warna
1. Dimasukkan 5 mg MOFs ke dalam botol vial lalu ditambahkan 5 mL limbah zat warna.
.jpeg)
2. Dishaker selama 40 menit.
3. Diamati perubahan yang terjadi.
.jpeg)
Berikut cuplikan video adsorpsi limbah zat warna oleh MOFs dengan pengaruh suhu.
1. Berasal dari manakah limbah zat warna tersebut?
2. Pada gambar tersebut zat warna yang digunakan yaitu zat warna reactive orange. Tuliskan struktur senyawa tersebut!
3. Bagaimana proses pembentukan MOFs?
4. Menurut anda apa indikator keberhasilan adsorpsi?
5. Mengapa MOFs dapat mengadsorpsi zat warna?
6. Bagaimana mekanisme adsorpsi yang terjadi pada proses adsorpsi limbah zat warna menggunakan MOFs?
Jawaban yang anda peroleh diposting dikolom komentar! Jawaban yang dibuat diberikan nomor sesuai soal.
Rancangan Desain Proyek
Berdasarkan hasil
diskusi diketahui bahwa adsroben yang paling efektif untuk menyerap zat warna
adalah MOFs, maka dari itu sebelum membuat proyek rangkaian
alat untuk mengadsorpsi limbah. Berikut disajikan dokumentasi proses sintesis
MOFs dan proses adsorpsi limbah zat warna.
Sintesis MOFs
Alat :
gelas kimia, pipet tetes, neraca analitis, teflon autoklaf, tabung reaksi, rak
tabung reaksi, hot plate, sudip,
corong Buncher, oven Memmert, magnetic stirrer, kaca arloji, kertas saring, sentrifugal,
vakum, pompa vakum, gelas ukur, shaker Scilogex SK L330, tabung vial, batang
pengaduk.
Bahan
: Cr(NO3)3.9H2O , HF 1 M, H2BDC,
DMF, etanol, larutan deionisasi.
Langkah Kerja Sintesis MOFs
1.
Ditimbang 3 gram
Cr(NO3)3·9H2O
.jpeg)
2.
Ditimbang 1,25
gram H2BDC.
.jpeg)
3.
Dilarutkan dalam
100 mL air deionisasi.
.jpeg)
4.
Distirer selama
15 menit sambil ditambahkan HF
1 M sebanyak 1 mL tetes demi tetes.
.jpeg)
5.
Dipindahkan
larutan ke dalam teflon autoklaf, tutup dengan rapat dan
dipanaskan pada suhu 220℃ selama 20 jam.
.jpeg)
6.
Dinginkan teflon
autoklaf sampai suhu ruang selama 8 jam.
7.
Dimasukkan
padatan basah ke dalam tabung reaksi untuk ditempatkan ke dalam tabung
sentrifugal.
.jpeg)
8. Dilakukan
sentrifugasi selama 15 menit dengan kecepatan 300 rpm. Larutan
supernatan dibuang setelah sentrifugasi.
.jpeg)
9. Dimasukkan
bersama-sama endapan
yang dihasilkan dan dicuci 3 kali dengan DMF (setiap kali 100 mL).
.jpeg)
10. Direndam padatan dalam 100 mL etanol selama 20 jam.
.jpeg)
11. Dicuci hasil rendaman sebanyak 5
kali dengan air deionisasi (25 mL setiap kali).
.jpeg)
12. Dikeringkan padatan basah pada suhu 150℃
selama 8 jam dalam oven.
13. Didapatkan
MOFs Cr-BDC murni.
.jpeg)
Proses Adsorpsi Limbah Zat Warna oleh MOFs
Alat : botol vial, pipet tetes, gelas ukur, shaker
Bahan : MOFs dan Limbah Zat Warna
Langkah Kerja Adsorpsi Limbah Zat Warna
1. Dimasukkan 5 mg MOFs ke dalam botol vial lalu ditambahkan 5 mL limbah zat warna.
2. Dishaker selama 40 menit.
3. Diamati perubahan yang terjadi.
Berikut cuplikan video adsorpsi limbah zat warna oleh MOFs dengan pengaruh suhu.
1. Berasal dari manakah limbah zat warna tersebut?
2. Pada gambar tersebut zat warna yang digunakan yaitu zat warna reactive orange. Tuliskan struktur senyawa tersebut!
3. Bagaimana proses pembentukan MOFs?
4. Menurut anda apa indikator keberhasilan adsorpsi?
5. Mengapa MOFs dapat mengadsorpsi zat warna?
6. Bagaimana mekanisme adsorpsi yang terjadi pada proses adsorpsi limbah zat warna menggunakan MOFs?
Jawaban yang anda peroleh diposting dikolom komentar! Jawaban yang dibuat diberikan nomor sesuai soal.
.jpeg)
