ADSORPSI Adsorpsi Serangkaian proses yang terdiri atas reaksireaksi

ADSORPSI

Adsorpsi • Serangkaian proses yang terdiri atas reaksi-reaksi permukaan zat padat (disebut adsorben) dengan bahan pencemar yang diadsorpsi (disebut adsorbat) • Adsorpsi merupakan fenomena permukaan kapasitas adsorpsi dari suatu adsorben merupakan fungsi luas permukaan spesifik

Klasifikasi Adsorpsi • Adsorpsi fisik • Adsorpsi kimiawi • Adsorpsi fisik • Relatif tidak spesifik dan disebabkan oleh gaya Van der Waals gaya tarik yg lemah antar molekul • Molekul yg teradsorp bebas bergerak di sekitar permukaan adsorben Dapat membentuk lapisan multilayer • Berlangsung dapat balik • Adsorpsi kimiawi • Molekul terikat adsorben oleh ikatan kimia • Membentuk lapisan monolayer (tidak bebas bergerak) • Jarang bersifat dapat balik

Model Adsorpsi • SISTEM BATCH: • model adsorpsi langmuir • model adsorpsi freundlich • model adsorpsi b. e. t (brunauer, emmett, teller) • SISTEM KONTINYU • model transfer massa • model bohart-adams • model pendekatan bed depth / service time • model pendekatan matematis / grafis

model adsorpsi langmuir • Kapasitas adsorpsi maksimum terjadi akibat adanya lapisan tunggal (monolayer) adsorbat di permukaan adsorben • Asumsi dasar yg digunakan: • Molekul diadsorpsi oleh site (tempat terjadinya reaksi di permukaan adsorben) yg tetap • Setiap site memegang satu molekul adsorat • Semua site mempunyai energi yg sama • Tidak ada interaksi antara molekul yang teradsorpsi dg site sekitarnya

model adsorpsi langmuir 1442 ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺭﺑﻴﻊ 12 • PERSAMAAN: Slope = 1/(qm b) x/m= besarnya adsorbat yg teradsorpsi oleh adsorben (kap. Adsorpsi), g/g qm=kap. adsorpsi maks. C=konsentrasi adsorbat, mg/L b=koef. Langmuir 1/(x/m) 1/qm 1/C 6

model adsorpsi freundlich • Digunakan jika diasumsikan: • Terdapat lebih dari satu lapisan permukaan (mulitlayer) • Site bersifat heterogen (ada perbedaan energi pengikatan pada tiap site)

model adsorpsi freundlich 1442 ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺭﺑﻴﻊ 12 • PERSAMAAN: Slope = 1/n ln (x/m) Ln (x/m) = ln K + 1/n ln C Ln K ln C 8

model adsorpsi B. E. T (Brunauer, Emmett, Teller) C/((x/m)(Cs – C)) x/m = adsorbat yg teradsorpsi oleh adsorben (mg/g) qm = maksimum adsorbat yg dpt teradsorpsi b = konstanta BET (l/mg) Cs = konsentrasi adsorbat jenuh dlm larutan C = konsentrasi adsorbat di air pd saat kesetimbangan 1442 ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺭﺑﻴﻊ 12 • MERUPAKAN MODIFIKASI MODEL LANGMUIR: Slope = (b-1)/(b qm) 1/b qm C/Cs 9

Air limbah dengan COD 80 mg/l diolah dengan adsorpsi menggunakan karbon aktif. Efluen yang diharapkan adalah tidak lebih dari 15 mg/l COD. Data hasil percobaan ditabulasi sebagai berikut: Flask 1 2 3 4 5 6 7 Massa karbon (mg) 0 50 100 200 500 800 1000 Volume larutan (ml) 250 250 • Tentukan konstanta Freundlich • Tentukan konstanta Langmuir November 2020 Contoh soal COD akhir (mg/l) 80 49 31 20 7 4 3 10

November 2020 Penyelesaian: • Hitung massa COD teradsorpsi (x): x = (CODawal - CODakhir) x volume = (80 mg/l - 49 mg/l) x 0, 25 l = 7, 75 mg • Hitung x/m: x/m = 7, 75 mg / 50 mg = 0, 155 mg/mg • Hitung ln (x/m) dan ln Ce: • ln (x/m) = ln 0, 155 = -1, 864 • ln Ce = ln 49 = 3, 892 • Hitung 1/(x/m) dan 1/Ce: • 1/(x/m) = 1/0, 155 = 6, 452 • 1/Ce = 1/49 = 0, 020 11

• Perhitungan selanjutnya lihat tabel berikut: m 1 0 2 50 3 100 4 200 5 500 6 800 7 1000 Ce x x/m ln (x/m) ln Ce 80 49 7, 75 0, 155 -1, 864 31 12, 25 0, 1225 -2, 100 20 15 0, 075 -2, 590 7 18, 25 0, 0365 -3, 310 4 19 0, 02375 -3, 740 3 19, 25 0, 01925 -3, 950 3, 892 3, 434 2, 996 1, 946 1, 386 1, 099 1/(x/m) 6, 452 8, 163 13, 333 27, 397 42, 105 51, 948 1/Ce 0, 020 0, 032 0, 050 0, 143 0, 250 0, 333 November 2020 No 12

• 1/n = 0, 7582 dan ln K = -4, 7901 atau K = 0, 0083 • 1/(qmb) = 145, 9 dan 1/qm = 4, 7441 atau qm = 0, 2108 dan b = 0, 0325 • Dengan demikian persamaan adsorpsi yang diperoleh adalah: November 2020 • Dari dua grafik tersebut diperoleh: • Freundlich : x/m = 0, 0083 Ce 0, 7582 • Langmuir : 13

ADSORPSI Sistem Kontinyu

• Sistem kontinyu dilakukan dlm sebuah kolom adsorpsi skala lab. • Digunakan utk menentukan: • Waktu operasi adsorpsi • Volume air terolah sebelum tercapai breakthrough • Kehilangan tekanan (head loss) melalui kolom • Bentuk kurva exhaustion

1442 ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺭﺑﻴﻊ 12 Model transfer massa 16

Model Bohart-Adams 1442 ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﺭﺑﻴﻊ 12 C 0 = konsentrasi awal (g/m 3) CB = konsentrasi saat breakthroughl (g/m 3) K = konstanta kecepatan (m 3/g. jam) N 0 = kapasitas adsorptif (g/m 3) X = kedalaman bed (m) V = kecepatan aliran linier (m/jam) t = service time kolom 17

Air limbah mengandung 15 mg/L (9, 37. 10 -4 lb/ft 3) fenol yang harus diturunkan menjadi 0, 5 mg/L diolah menggunakan kolom adsorpsi karbon aktif. Kolom yang digunakan adalah plexiglass 1 in dengan kedalaman debit seperti pada tabel. • Tentukan nilai konstanta Bohart-Adams K dan No November 2020 Contoh soal 18

Flowrate (gpm/ft 2) 2, 5 Kedalaman (ft) 3, 0 5, 0 7, 0 Volume throughput (gal) 818 1809 2789 Waktu (jam) 1000 2200 3400 4, 5 3, 0 5, 0 9, 0 589 1452 3181 400 980 2100 8, 0 5, 0 9, 0 12, 0 1146 2773 3989 400 980 2100

November 2020 Penyelesaian: • Berdasarkan persamaan Bohart-Adams, buat grafik antar t dan kedalaman utk tiap flowrate • Slope yg diperoleh merupakan No/(Cov) • Intercept yg diperoleh merupakan 1/(Co. K)ln(Co/CB-1) • Sehingga diperoleh nilai No dan K utk masing-masing flowrate • Buat grafik hubungan antara flowrate (sb x) dengan K (sb y 1) dan No (sb y 2) dpt diketahui nilai N 0 dan K pd flowrate yg dikehendaki • Masukkan dlm pers Bohart-Adams desain kolom adsorpsi 20

Posisi adsorpsi Aerasi Active Sludge Aerated Lagoon dst Pengolahan Tersier Grit Removal Pengendapan Pertama Pengolahan Sekunder Bar Screen Pengolahan Primer Pengolahan Awal Ø Pengolahan tersier Adsorpsi

Posisi adsorpsi Pengolahan Awal ØPengolahan fisik kimia Bar Screen Grit Removal Pengendapan Kimiawi Koagulan Filtrasi Adsorpsi

Aplikasi Adsorpsi pada Pengolahan Air Limbah 1 Untuk penyisihan bahan organik non-biodegradable atau refractory organic 2 Proses adsorpsi (batu apung) pada pengolahan air limbah industri perikanan 3 Proses adsorbsi limbah yang mengandung fenol dengan chitin

Soal 1. Suatu percobaan di lab menggunakan karbon aktif sebagai adsorben utk mengolah air limbah secara batch dengan volume larutan 1 L. Data yang diperoleh adl sbb: Massa Konsentrasi karbon aktif Kesetimbangan adsorbat (gr) (mg/L) 0, 0 3, 37 0, 001 3, 27 0, 01 2, 77 0, 1 1, 86 0, 5 1, 33 Tentukan koefisien Freundlich, Langmuir, dan BET

2. Percobaan penyisihan fenol dalam air limbah yang mengandung fenol 40 mg/L dilakukan dlm 4 gelas jar test masing-masing berisi 1 L. Ke dalam gelas dibubuhkan karbon aktif bubuk sehingga konsentrasi fenol menjadi berkurang spt pada tabel berikut: Massa karbon aktif (gr) Konsentrasi Kesetimbangan fenol (mg/L) 0, 5 5, 8 0, 64 1, 0 0, 22 2, 0 0, 08 Tentukan konstanta Langmuir Berapa dosis yg diperlukan untuk menghasilkan efluen dengan konsentrasi fenol 0, 11 mg/L

3. Studi kolom adsorpsi dilakukan untuk menyisihkan warna air limbah industri. Data yang diperoleh pada rate 1, 4 gpm/ft 2 adalah sbb: Kedalaman bed (ft) Waktu mencapai breakthrough (jam) 2 110 4 317 6 525 8 735 Berapa kedalaman kolom adsorpsi yg berdiameter 5 ft bila dioperasikan 200 jam pd debit 4400 gal/jam (gunakan pendekatan BDST)