Dalam konteks nutrisi, suatu mineral adalah unsur kimia yang dibutuhkan sebagai nutrisi esensial oleh mikroorganisme untuk melakukan fungsi yang diperlukan untuk hidup. Mineral berasal dari bumi dan tidak bisa diproduksi oleh makhluk hidup. Tanaman mendapatkan mineral dari tanah.
Dalam konteks nutrisi, suatu mineral adalah unsur kimia yang dibutuhkan sebagai nutrisi esensial oleh mikroorganisme untuk melakukan fungsi yang diperlukan untuk hidup. Mineral berasal dari bumi dan tidak bisa diproduksi oleh makhluk hidup. Tanaman mendapatkan mineral dari tanah.
4. Tujuan Penelitian
• Mengetahui pengaruh masa waktu kontak, serta konsenterasi awal ion Zn2+
terhadap jumlah ion Zn2+ yang tereduksi.
• Mendapatkan nilai koefisien biosorpsi dari masing-masing parameter
menggunakan metode isoterm Freundlich-langmuir.
• Mendapatkan nilai kinetik dari proses biosorpsi menggunakan persamaan
Lagergren first order dan second order kinetik.
• Mendapatkan kondisi optimal untuk biosorpsi ion logam Zn2+ menggunakan
biosorben sansevieria trifasciata.
3
6. Latar Belakang
Pertumbuhan Industri Elektroplating
Industri Elektroplating Logam Merupakan salah satu
penyumbang limbah logam berat terbesar, khusunya
Krom, Nikel, dan Seng. Elektroplating adalah proses
pelapisan suatu logam dengan logam lain (umumnya
menggunakan arus listrik) yang lebih murah sehingga
logam yang didalamnya dapat terlindungi dari korosi.
Elektroplating menghasilkan limbah cair yang di
dialamnya terdapat kandungan logam berat yang
melebihi standar yang sudah ditetapkan oleh KLHK
maupun Kementerian Kesehatan.
5
7. Latar Belakang
Limbah Logam Berat Seng
Logam berat adalah komponen natural dari lapisan
kerak bumi yang tidak dapat di degradasi atau
dihancurkan. Kata logam berat merujuk kepada elemen
kimia metalik yang memiliki massa jenis tinggi dan
beracun dalam konsenterasi rendah. Beberapa contoh
logam berat adalah Seng (Zn), Cadmium (Cd), Nikel (Ni),
Chromium (Cr), dan Timbal (Pb). Logam berat dapat
masuk ke tubuh melalui air dan makanan yang telah
tercemar sebelumnya. Tercemarnya sumber air dan
makanan dapat terjadi secara alamiah melalui letusan
gunung berapi ataupu melalui pencemaran limbah yang
dihasilkan oleh aktifitas manusia. Salah satunya adalah
limbah logam berat seng (Zn) yang umumnya terdapat
pada limbah industri alloy, keramik, kosmetik, pigmen,
dan karet (Said, 2010).
6
8. Latar Belakang
Biosorpsi
Biosorpsi adalah proses menghilangkan atau
memulihkan logam berat dari larutan cair
menggunakan bahan yang berasal dari organisme
hidup. Proses biosorpsi dapat diartikan memiliki dari
dua fasa, fasa satu adalah fasa padat (biosorben) dan
yang satunya adalah fasa cair yang mengandung zat
adsorbat.
Ying Zhang et al, 2013 telah melakukan biosorpsi Zinc
menggunakan Rice Husk dengan beberapa variasi,
diantaranya adalah treated dan untreated rice husk.
Hasilnya didapat kapasitas biosorpsi berada pada
rentang 40 – 90%.
7
9. Latar Belakang
SansevieriaTrifasciata
Sansevieira Trifasciata yang mudah meradaptasi
menyebabkan tanaman ini dapat tumbuh hampir
disegala tempat di Indonesia, baik dataran tinggi,
rendah dan sedang. Kandungan di dalam daun
S.trifasciata diketahui memiliki beberapa kandungan
kimia yang berpotensi menjadi biosorben logam berat,
diantaranya adalah gugus senyawa Carbonyl, Carboxyl,
Selulosa, serta Amine komplex.
Yuningsih et al, 2014 telah menggunakan tanaman lidah
mertua sebagai biosorben pada biosorpsi limbah logam
timbal. Dengan melakukan beberapa variasi,
diantaranya adalah waktu, pH, massa biosrben serta
aktivasi asam-basa.
8
13. Prosedur Percobaan
Preparasi Biosorben SansevieriaTrifasciata
Daun lidah mertua yang telah dipotong dari akarnya
dibersihkan dengan air mengalir hingga tidak ada sisa
tanah maupun debu yang menempel
Setelah itu, daun lidah mertua dijemur dibawah sinar
matahari selama ± 2 hari.
Daun lidah mertua yang sudah kering dijemur selanjutnya
dimasukkan kedalam oven dan dipanggang dengan suhu
100oC selama 56 jam
Potongan daun yang sudah sangat kering itu kemudian
diblender untuk diubah menjadi bubuk
Setelah didapat bubuk daun lidah mertua yang
merupakan biosorben, simpan bubuk tersebut kedalam
toples jar yang tertutup rapat.
12
15. Prosedur Percobaan
Percobaan mencari korelasi waktu kontak terhadap tingkat biosorpsi logam
Zn untuk Konsenterasi Awal 50, 75, dan 150 mg/L
Larutan limbah simulasi ini dibuat dengan konsenterasi
logam Zn 50 , 72, dan 150 mg/L dari senyawa ZnCl2 98%.
Sebanyak 53,176 mg, 76,574 mg, dan 159,5296 mg ZnCl2
ditimbang dan masing-masing dilarutkan ke dalam 1000
mL aquades yang nantinya akan dibagi menjadi tiga buah,
dengan volume 150 mL.
Larutan ZnCl2 di aduk selama ± 5 menit agar larutam
homogen, kemudian bagi masing-masing 150 ml larutan
ke dalam beaker glass 250 mL.
Kemudian beaker glass tersebut diberikan label sesuai
dengan lama waktu kontak: 20 menit, 80 menit, dan 120
menit. Setelah larutan simulasi limbah sudah tersedia,
selanjutnya timbang biosorben sansevieria trifasciata
sebanyak 1,5 g untuk masing-masing sampel. 14
17. Prosedur Percobaan
Percobaan mencari korelasi waktu kontak terhadap tingkat biosorpsi logam
Zn untuk Konsenterasi Awal 50, 75, dan 150 mg/L
Ketiga sampel dikontakan sesuai dengan waktu yang
tertera di label, yaitu 20 menit, 80 menit, dan 120 menit.
Sampel dikontakkan dengan magnetic stirerr dengan
kecepatan 500 rpm dan suhu 30oC.
Setelah waktu kontak selesai, campuran larutan dan
biosorben dipisahkan menggunakan centrifuge dengan
kecepatan 5000 rpm selama 4 menit, dan kemudian
disaring menggunakan kertas saring dan kompresor.
Setelah larutan dan used biosorben terpisah, masing-
masing larutan sisa adsorpsi disimpan kedalam botol
sampel 100 ml, dan sisa biosorben juga disimpan kedalam
botol sampel yang terpisah.
Setelah itu, satu sampel used biosorben dikarakterisasi
menggunakan FTIR, dan ketiga larutan sampel sisa
adsorpsi diukur konsenterasi ion logam yang tersisa
menggunakanAAS. 16
18. Prosedur Percobaan
Percobaan Mengetahui Efek Aktivasi Asam-BasaTerhadapTingkat Biosorpsi
Logam ZnCl2
Sebanyak dua buah sampel masing-masing 2,5 gram
biosorben ditimbang dan dimasukkan kedalam gelas
beaker untuk proses aktivasi.
Sebanyak 250 mL larutan HCl 0,1 M untuk aktivasi asam
dan 0,1 M NaOH ditambahkan kedalam dua gelas beaker
berbeda.
Kemudian larutan HCl dan NaOH yang sudah terdapat
biosorben di aktivasi menggunakan magnetic stirrer pada
suhu 30oC dan 450 RPM selama 24 jam Setelah 24 jam, biosorben dan larutan HCl dipisahkan
menggunakan Centrifuge selama 4 menit dan 5000 RPM
serta melalui proses penyaringan menggunakan Vacuum
Compressor.
Setelah biosorben dan larutan aktivasi terpisah,
selanjutnya biosorben di bilas menggunakan akuades
menggunakan 100 mL air sebanyak 3 kali hingga pH air
bilasan bernila mendekati tujuh (netral)
Biosorben yang telah selesai dibilas selanjutnya
dimasukkan di Oven dengan suhu 100oC selama 3 jam
hingga kembali mengering.
17
20. Prosedur Percobaan
Percobaan Mengetahui Efek Aktivasi AsamTerhadapTingkat Biosorpsi
Logam ZnCl2
Larutan limbah simulasi ini dibuat dengan konsenterasi
logam Zn 150 mg/L dari senyawa ZnCl2 98%.
Sebanyak 47,858 mg ZnCl2 ditimbang dan masing-masing
dilarutkan ke dalam 150 mL akuades yang sudah disiapkan
di gelas beaker.
Larutan ZnCl2 di aduk selama ± 5 menit agar larutan
homogen
Larutan tersebut kemudian ditambahkan biosorben
Sansevieria Trifasciata yang sebelumnya sudah di aktivasi
sebanyak 1,5 gram.
Setelahnya, proses pengontakkan dilakukan selama 120
menit menggunakan Magnetic Stirrer dengan suhu 30 dan
500 RPM.
Campuran larutan dan biosorben dipisahkan
menggunakan centrifuge dengan kecepatan 5000 rpm
selama 4 menit, dan kemudian disaring menggunakan
kertas saring dan vacuum kompresor. 19
21. Prosedur Percobaan
Percobaan Mengetahui Efek Aktivasi AsamTerhadapTingkat Biosorpsi
Logam ZnCl2
Setelah larutan dan used biosorben terpisah, larutan sisa
adsorpsi disimpan kedalam botol sampel 100 ml, dan sisa
biosorben juga disimpan kedalam botol sampel yang
terpisah.
Setelah itu, sampel used biosorben dikarakterisasi
menggunakan FTIR, dan ketiga larutan sampel sisa
adsorpsi diukur konsenterasi ion logam yang tersisa
menggunakanAAS.
20
22. Prosedur Percobaan
Percobaan mencari korelasi pH Larutan SampelTerhadap Kapasitas Adsorpsi
Larutan limbah simulasi ini dibuat dengan konsenterasi
logam Zn 150 mg/L dari senyawa ZnCl2 98%.
Sebanyak 47,8589 mg ZnCl2 ditimbang dan dilarutkan ke
dalam 150 mL akuades.
Larutan ZnCl2 di aduk selama ± 5 menit agar larutam
homogen, kemudian bagi masing-masing 150 ml larutan
ke dalam beaker glass 250 mL
Kemudian larutan 6 M HCl 0,25 mL ditambahkan kedalam
larutan ZnCl2 sebagai pemberi suasana asam dengan nilai
pH = 2.
Setelah larutan HCl dan ZnCl2 dicampurkan, kemudian
sebanyak 1,5 g biosorben ditambahkan ke dalam larutan
tersebut. Setelahnya, proses pengontakkan dilakukan selama 120
menit menggunakan Magnetic Stirrer dengan suhu 30 dan
500 RPM.
21
24. Prosedur Percobaan
Percobaan mencari korelasi pH Larutan SampelTerhadap Kapasitas Adsorpsi
Setelah waktu kontak selesai, campuran larutan dan
biosorben dipisahkan menggunakan centrifuge dengan
kecepatan 5000 rpm selama 4 menit, dan kemudian
disaring menggunakan kertas saring dan kompresor.
Setelah larutan dan used biosorben terpisah, masing-
masing larutan sisa adsorpsi disimpan kedalam botol
sampel 100 ml, dan sisa biosorben juga disimpan kedalam
botol sampel yang terpisah.
Setelah itu, satu sampel used biosorben dikarakterisasi
menggunakan FTIR, dan ketiga larutan sampel sisa
adsorpsi diukur konsenterasi ion logam yang tersisa
menggunakanAAS.
23
26. Hasil & Pembahasan Hasil Uji FTIR Biosorben
Pada Grafik di samping ini, yang merupakan hasil uji FTIR untuk sampel
biosorben sebelum proses kontak dengan ion Zn2+. Dapat dilihat
Kehadiran gugus amino dapat dilihat pada peaks 3419,77 cm-1
,
kemudian Kehadiran gugus COO- grup karboksil ditandai dengan peak
1427,72 cm-1, spektrum hidroksil O-H dapat terdeteksi pada peaks
1061,99 cm-1 s. Sedangkan untuk peaks 778,64 cm-1 menunjukan
spektrum dari ikatan C-H.
Dapat dilihat pada grafik disamping yang merupakan
hasil FTIR untuk biosorben yang sudah kontak dengan
ion Zn2+. Peaks pada panjang gelombang 3419,77 cm-1,
1427,72 cm-1, dan 1061,99 cm-1 mengalami penurunan
nilai menjadi 3376,98 cm-1, 1423,94 cm-1, dan 1060,69
cm-1 menandakan bahwa dapat terjadi interaksi yang
intensif dengan ion Zn2+ .
25
27. Hasil & Pembahasan
Kode Sampel Parameter Hasil Satuan Metode
20 Menit/ 50 mg
Seng (Zn)
Total
24,4
mg zinc / L
larutan
SNI 06-6989-84
2019
80 menit/ 50 mg 13,9
120 menit/50 mg 14,8
20 menit/ 75 mg 41,4
120 menit/75 mg 24,1
80 menit/150 mg 32,3
Hasil Uji AAS Larutan Simulasi Limbah Zinc
26
29. Hasil & Pembahasan
KorelasiWaktu Kontak Dengan KapasitasAdsorpsi
Uji Parameter Waktu Kontak: Zn 50 mg/L
Waktu Kontak
(menit)
Massa
Biosorben (g)
Konsenterasi
Awal (mg/L)
Konsenterasi
Akhir (mg/L)
Seng teradsorpsi
(mg)
qt (mg/g) %adsorpsi
20 1,5 50 24,4 25,6 2,56 51,2
80 1,5 50 13,9 36,1 3,61 72,2
120 1,5 50 14,8 35,2 3,52 70,4
Uji Parameter Waktu Kontak: Zn 75 mg/L
Waktu Kontak
(menit)
Massa
Biosorben (g)
Konsenterasi
Awal (mg/L)
Konsenterasi
Akhir (mg/L)
Seng teradsorpsi
(mg)
qt (mg/g) %adsorpsi
20 1,5 75 41,4 33,6 3,36 44,8
120 1,5 75 24,1 50,9 5,09 67,86667
Uji Parameter Waktu Kontak: Zn 150 mg/L
Waktu Kontak
(menit)
Massa
Biosorben (g)
Konsenterasi
Awal (mg/L)
Konsenterasi
Akhir (mg/L)
Seng teradsorpsi
(mg)
qt (mg/g) %adsorpsi
80 1,5 150 32,3 117,7 11,77 78,4667
28
30. Hasil & Pembahasan
KorelasiWaktu Kontak Dengan KapasitasAdsorpsi
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100 120 140
%
REMOVAL
WAKTU (MIN)
Variasi Waktu Kontak
50 mg/L 75 mg/L 150 mg/L
29
31. Analisis Kuantitatif – Kinetik Adsorpsi Pseudo 1st order
Untuk mencari Kinetik menggunakan Pseudo-First-Order model kinetik, asumsi yang digunakan adalah the uptake rate of Zn2+
dalam satuan waktu memiliki perbandingan yang proporsional terhadap jumlah site aktif yang tersedia pada permukaan adsorbent.
Dengan Persamaan:
𝑑𝑞
𝑑𝑡
= 𝑘1 𝑞𝑒𝑞 − 𝑞𝑡
Dimana qeq dan qt adalah jumlah ion logam teradsorpsi (mg Zn/g biosorben) pada saat equilibirium (maksimal) dan pada saaat t.
Sedangkan KL adalah Pseudo-first-order adsorption rate constant (min-1). Kemudian persamaan di integral sehingga didapat
persamaan Linear:
log 𝑞𝑒𝑞 − 𝑞𝑡 = log𝑞𝑒𝑞 −
𝑘1𝑡
2.303
Nilai KL didapat dari plot linear antara log(qeq – qt) dengan t
Hasil & Pembahasan
30
32. Analisis Kuantitatif – Kinetik Adsorpsi Pseudo 1st order
Hasil & Pembahasan
y = -0.0107x + 0.2346
R² = 1
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0 20 40 60 80 100 120 140
Log(q
eq
–
q
t
)
Waktu (min)
Lagergen Pseudo 1st Order
50 mg/L Linear (50 mg/L)
Gradien = -0,0107
Slope = 0,2346
k1 = -Gradien x 2,303
= 0,0107 x 2,303
= 0,0246 /min
qequilibirium = 10slope
= 100,2346
= 1,7163 mg/g
31
33. Analisis Kuantitatif – Kinetik Adsorpsi Pseudo 2nd order
Untuk mencari Kinetik menggunakan Pseudo-Second-Order model kinetik, asumsi yang digunakan adalah rate adsorpsi kimia
dapat dibatasi oleh gaya valensi antara elektron exchange ataupun sharing antara adsorben dan adsorbat.
Dengan Persamaan:
𝑑𝑞𝑡
𝑑𝑡
= 𝑘2(𝑞𝑒𝑞−𝑞𝑡)²
Dimana qeq dan qt adalah jumlah ion logam teradsorpsi (mg Zn/g biosorben) pada saat equilibirium (maksimal) dan pada saaat t.
Sedangkan Ks adalah Pseudo-second-order adsorption rate constant (min-1). Kemudian persamaan di integral dan disusun kembali
sehingga didapat persamaan Linear:
𝑡
𝑞𝑡
=
1
𝑘2𝑞²𝑒𝑞
+
𝑡
𝑞𝑒𝑞
Nilai Ks didapat dari plot linear antara t/qt dengan t.
Sedangkan untuk mencari initial uptake rate dapat dicari dengan mengasumsikan qe/t menjadi sama dengan 0.
ho = K2 x qe
2
Dimana h0 adalah initial adsorption rate (mg/g.min).
Hasil & Pembahasan
32
34. Analisis Kuantitatif – Kinetik Adsorpsi Pseudo 2nd order
Hasil & Pembahasan
Gradien = 0,2609
Slope = 2,2208
qequilibirium = 1/Gradien
= 1/0,2609
= 3,8328 mg/g
K1 = 1/(Slope x qeq)
= 1/(2,221x1,7259)
= 0,11748 min-1
R2 = 0,9962
ho = Ks x qe
2
= 0,11748 min-1 x 3,83282
= 1,7259 mg/g.min
y = 0.2609x + 2.2208
R² = 0.9962
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 20 40 60 80 100 120 140
t/qt
Waktu (min)
Lagergen Pseudo 2nd Order
50 mg/L Linear (50 mg/L)
33
36. PercobaanYang Belum Dilakukan
• Melakukan Kontak adsorben dengan adsorbat pada variasi pH asam dan basa
• Melakukan aktivasi kimia pada variasi aktivasi basa menggunakan larutan NaOH 0,1 M
• Melakukan kontak adsorbat dan adsorben menggunakan adsorben yang sudah di aktivasi
• Melakukan kontak adsorbat dengan adsorben untuk konsenterasi awal 150 mg/L dan pada waktu kontak 120 menit
Rencana Kedepan
35
37. Karakterisasi
• Karakterisasi AAS untuk semua sampel yang belum di kerjakan
• Karakterisasi FTIR untuk sampel used adsorben untuk variasi pH dan aktivasi kimia
• Karakterisasi SEM untuk sesudah dan sebelum adsorpsi
• Karakterisasi XRD untuk mengetahui kandungan dari biosorben S.Trifasciata (opsional)
Rencana Kedepan
36
38. Analisis Kuantitatif – Kinetik Pseudo 1st order dan Kinetik
Pseudo 2nd order
Analisis kuantitatif menghitung kinetik adsorpsi dilanjutkan untuk sampel variasi waktu & konsenterasi awal 150 mg/L serta 75
mg/L.
Rencana Kedepan
37
39. Analisis Kuantitatif – Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich terjadi karena adanya interaksi secara fisik antara adsorbat dan permukaan adsorben. Isoterm Freundlich
merupakan isoterm addsorpsi yang terjadi secara heterogen dan multi layer . Pada isoterm adsorbsi Freundlich, adsorbat
membentuk lapisan monomolekul pada permukaan adsorben. Persamaan Isotherm freundlich dapat ditulis sebagai:
𝑞ₑ = 𝐾𝑓 𝐶
1
𝑛
Kf merupakan konstanta Freundlich, Ce adalah konsenterasi larutan pada kesetimbangan (mg/L), dan C adalah massa dari adsorbat
yang telah teradsorbsi oleh “m” gram dari adsorben (x/m = qe konsenterasi adsorbat yang teradsorbsi). Sedangkan untuk bentuk
linear dari isoterm Freundlich adalah:
log 𝑞ₑ = 𝑙𝑜𝑔𝐾𝑓 +
1
𝑛
𝑙𝑜𝑔𝐶
Nilai konstanta Freundlich dihitung dari plot linear antara log(qe) terhadap log( Ce) untuk sampel variasi waktu yang paling tinggi %
removalnya. Sedangkan 1/n merupakan adsorption instensiy.
Rencana Kedepan
38
40. Analisis Kuantitatif – Isoterm Langmuir
Isoterm adsorbsi langmuir digunakan untuk mendeskripsikan kesetimbangan antara sistem adsorben dan adsorbat, dimana
adsorbsi adsorbat dibatasi oleh satu molekul layer pada sebelum tekanan relatif dapat dicapai. Persamaan Isoterm Langmuir dapat
ditulis sebagai:
𝑞ₑ =
qm kLCₑ
1 + kLCₑ
Nilai qe adalah konsenterasi kesetimbangan sistem adsorbat dengan adsorben (mg/g), nilaiCe adalah konsenterasi kesetimbangan
sistem adsorbat dan larutan fluida (mg/L). Sedangkan nilai kL adalah nilai konstanta Langmuir. Setelah dilakukan linearisasi, maka
didapat persamaan langmuir:
𝐶ₑ
𝑞ₑ
=
1
qmkL
+
1
qm
𝐶ₑ
Nilai kL dihitung dari dari plot linear antara Ce/qe denganCe. Data yang digunakan adalah kapasitas % removal logam Zn dari
berbagai konsenterasi pada saat waktu kontak maksimal.
Rencana Kedepan
39
