## PENENTUAN MODEL KESETIMBANGAN PROSES ADSORBSI LOGAM KROMIUM PADA LIMBAH CAIR MENGGUNAKAN LIMBAH CANGKANG TELUR
Mohammad Jihad Madiabu * , Joko Untung
Politeknik AKA Bogor, Jl. Pangeran Sogiri No.283, Tanah Baru, Bogor Utara, Jawa Barat, Indonesia
*E-mail: mjihad1991@gmail.com (Received : 23 Juni 2019; Accepted: 30 Juni 2019; Published: 1 Juli 2019)

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses kesetimbangan yang terjadi pada proses adsorbsi logam kromium  menggunakan  cangkang  telur  sebagai  adsorben.  Serbuk  cangkang  telur  dikarakterisasi menggunakan  FT-IR  untuk  mengetahui  gugus  fungsi  yang  ada  pada  cangkang  telur.  Penelitian  ini menggunakan metode batch dengan waktu kontak tetap (60 menit) dan konsentrasi awal larutan kromium yang berbeda-beda sebanyak 50 mL. Persentase efektifitas adsorbsi diperoleh (98,57 ± 0,23) menunjukkan cangkang  telur  efektif  digunakan  sebagai  adsorben  logam  kromium  pada  limbah  cair.  Model kesetimbangan  proses  adsorbsi  Langmuir,  Freundlich,  dan  Temkin  diaplikasikan  pada  data  penelitian. Masing-masing konstanta pada tiap model dihitung berdasarkan analisis plot regresi.
Kata kunci : kesetimbangan; adsorbsi; FTIR; cangkang telur; kromium

## Abstract
The aim of this research is to study the equilibrium of adsorption chromium using eggshell as adsorbent. The eggshell powders were characterized by FT-IR to identify the functional group. In our experiment, batch  sorption  were  carried  out  50  mL  of  chromium  solution  with  initial  different  chromium concentration at constant contact time (60 minutes). Percentage adsorbtion effectivity is (98,57 ± 0,23) indicated eggshell has a highly potential used as adsorbent to remove chromium metal from water waste. Langmuir,  Freundlich,  and  Temkin  isoterm  model  were  used  to  evaluate  the  equilibrium  adsorption process. The constant was calculated by plot regression analysis.

## Keywords : equilibrium; adsorption; FTIR; eggshell; chromium

## PENDAHULUAN
Logam berat merupakan limbah hasil dari berbagai macam  industri,  seperti  industri manufaktur, semen, cat. Banyak logam berat yang memiliki  kelarutan  tinggi  di  air,  seperti  logam tembaga,  kromium,  dan  besi  (Goyal  dan Srivastava.  2017;  Klatte  et  al.  2017).  Polutan logam  berat  memiliki  sifat  karsinogenik  yang tinggi dan dapat menimbulkan gangguan kesehatan  yang  serius  lainnya  seperti  gangguan pernapasan         dan gangguan sistem saraf (Chen et  al.  2018;  Jaishankar  et  al  2014).  Beberapa metode  pengolahan  limbah  logam  berat  pada  air secara  fisika  dan  kimia  diantaranyapenukar  ion, elektrolisis,  dan reverse  osmosis (Francis  dan Abdel Rahman. 2016; Fu dan Wang. 2011). Akan tetapi, beberapa dari metode tersebut membutuhkan  biaya  operasional  yang  cukup mahal dan kurang efektif. Metode adsorpsi dapat dijadikan  alternatif  dalam  pengolahan  limbah logam berat pada air karena memiliki keefektifan tinggi,  murah,  dan  bahan  adsorben  yang  mudah didapatkan.
Beberapa material  yang sering digunakan sebagai adsorben adalah karbon aktif, zeolit, dan bentonite.  Namun,  beberapa  adsorben  tersebut harus  melalui  tahapan  aktifasi  terlebih  dahulu sebelum  digunakan  sebagai  adsorben.  Proses  ini mengurangi  keefisienan  waktu  dalam  proses pengolahan limbah. Salah satu material lain yang dapat  digunakan  sebagai  adsorben  adalah cangkang  telur  yang  dianggap  hanya  sebagai limbah  rumah  tangga.  Cangkang  telur  tersusun dari kalsium karbonat (94%), kalsium fosfat (1%), magnesium karbonat (1%), dan zat organik (4%) 6 . Dengan  komposisi  tersebut  dan  morfologi permukaan cangkang telur yang berpori memiliki potensi  untuk  adsorben  untuk  menjerap  logam- logam berat (Borhade dan Vale. 2017; Francis dan Abdel  Rahman.  2016;  Ho.  2006).  Tujuan  dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efektivitas cangkang telur sebagai adsorben untuk  menjerap logam  kromium  dalam  limbah  cair,  serta mengetahui model kesetimbangan adsorpsi logam kromium yang sesuai.

## BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan
Alat yang digunakan diantaranya peralatan gelas, neraca, blender , penyaring ukuran 60 mesh, pengaduk,  FT-IR  Bruker  tipe  Platinum-ATR, spektrofotometer  serapan  atom  (AAS)  Shimadzu AA-6300.
Bahan
yang digunakan
padatan
Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O (Merck), kertas saring Whatmann No 42, aquabidest dan cangkang telur dari limbah industri  rumah  makan  disekitar  Politeknik  AKA Bogor.

## Pembuatan Adsorben Cangkang Telur
Cangkang  telur  dicuci  dan  dibilas menggunakan aquabidest. Kemudian dikeringkan dalam  oven  dengan  suhu  105 0 C  selama  6  jam. Tahap berikutnya, cangkang telur kering dihaluskan  dan  disaring  menggunakan  saringan berukuran  60  mesh.  Serbuk  cangkang  telur  yang sudah  halus  dikarakterisasi  menggunakan  FT-IR untuk  mengidentifikasi  gugus  fungsi  yang terdapat pada cangkang telur.
Pembuatan  Larutan  Induk  Logam  Cr  2000 mg/L
Sejumlah  Garam  Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O  yang sudah  ditimbang  dimasukkan  kedalam  labu  ukur 100 mL, kemudian ditambahkan dengan aquabidest sampai tanda tera dan dihomogenkan. Larutan  deret  standar  dan  larutan  kerjadibuat dengan  mengencerkan  larutan  induk  Cr  sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan.

## Proses Adsorpsi Logam Cr
Proses  adsorpsilogam  Cr  menggunakan cangkang  telur  dilakukan  dengan  metode  batch. Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah variasi  konsentrasi  adsorbat  dengan  rentang konsentrasi 5-100 mg.L -1 . Nilai efektifitasadsorpsi logam Cr dapat dihitung menggunakan persamaan di bawah ini.
Adsorpsi (%) = 𝐶0−𝐶𝑒 𝐶0 × 100%
Keterangan: Co
:  Konsentrasi  larutan  logam  Cr  sebelum adsorpsi (mg/L)
Ce :  Konsentrasi  larutan  logam  Cr  ketika kondisi kesetimbangan tercapai (mg/L)

## Variasi Konsentrasi
0,3  g  serbuk  cangkang  telur  dimasukkan kedalam  gelas  kimia  100  mL.  Kemudian ditambahkan ke dalam beberapa erlenmeyer yang berisi larutan Cr dengan rentang konsentrasi 5-100 mg/L. pH awal  Kemudian larutan diletakkan pada shaker dan  diaduk  dengan  kecepatan  agitasi sebesar 110 rpm dengan waktu kontak selama 60 menit. Larutan yang sudah diaduk    kemudian    di saring.      Setelah  itu,  filtrat  hasil  penyaringan diukur  kadar  logam  Cr  menggunakan  instrumen spektrofotometer serapan atomic (λ= 357,9 nm).

## HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Adsorben Cangkang Telur
Pembuatan  adsorben  cangkang  telur dilakukan
melalui beberapa tahap,
diantaranyaproses  pencucian,  pengeringan,  dan penghalusan.  Tahap  pencucian  dilakukan  untuk memastikan semua pengotor yang menempel pada cangkang  telur  hilang.  Sedangkan  pada  tahap pengeringan  bertujuan  untuk  menghilangkan  air dan  memperbesar  pori-pori  pada  permukaan cangkang  telur.  Proses  penghalusan  dilakukan untuk  memperbesar  luas  permukaan  bidang sentuh adsorben sehingga meningkatkan sisi aktif untuk  proses  adsorbsi.  Serbuk  cangkang  telur dikarakterisasi menggunakan FT-IR untuk mengetahui  gugus  fungsi  yang  terdapat  serbuk cangkang  telur.  Hasil  FT-IR  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Spektrum IR dari Cangkang Telur
Puncak  tajam  pada  bilangan  gelombang 1425,09  cm -1 mengkonfirmasi  adanya  vibrasi regangan  C=O  yang  menunjukkan  komponen terbesar  penyusun  cangkang  telur  adalah  CaCO 3 (Ahmed  et  al,  2012). Puncak  yang  melebar  pada rentang  bilangan  gelombang  3000-3500  cm-1 menunjukkan  adanya  gugus  hidroksil  (O-H) bebasyang  terdapat  pada  permukaan  cangkang telur  (Darei  et  al.  2013).  Interaksi  antara  logam kromium  dan  gugus  fungsi  C=O  pada  proses adsorbsi  akan  membatasi  gerakan  vibrasi  dari gugus  fungsi  C=O.  Hal  tersebut  dibuktikan dengan  kenaikan  nilai  persentase  transmitan regangan C=O pada puncak 1425,09 cm -1 .

## Pengukuran  Konsentrasi  Awal  Logam  pada Proses Adsorpsi Logam Kromium
Adsorpsi  logam  kromium  dilakukan dengan  bantuan shaker dengan  kecepatan  agitasi sebesar 110 rpm.  Adapun proses pengadukan ini bertujuan  untuk  mempercepat  difusi  ion  logam kromium  ke  permukaan  serbuk  cangkang  telur, sehingga  proses  adsorpsi  dapat  cepat  tercapai. Proses  adsorbsi  selalu  diikuti  dengan  proses desorpsi.  Namun,  laju  adsorbsi  akan  dominan pada awal proses dibandingkan laju desorpsi. Hal ini  dikarenakan,  pada  awal  proses  masih  banyak sisi  aktif  pada  permukaan  adsorben  yang  belum terisi  oleh  logam  kromium  (Borhade  dan  Kale,
2017).  Sedangkan  pada  saat  kondisi  setimbang, laju  adsorpsi  sama  dengan  laju  desorpsi. Kesetimbangan  proses  adsorbsi  logam  kromium ini  terjadi  dalam  selang  waktu  60  menit  yang dibuktikan  dengan  nilai  persentase  efisiensi adsorbsi  yang  relatif  sama  untuk  masing-masing konsentrasi  awal  sesuai  pada  Gambar  2.  Rerata nilai persentase efektifitas adsorbsi pada penelitian ini diperoleh sebesar (98,57±0,23)%.
Gambar  2.  Kurva  Efektifitas  Adsorpsi  Logam  Cr
Menggunakan Kangkang Telur pada Rentang Konsentrasi Tertentu
Selama  proses  adsorbsi,  terjadi  kenaikan pH larutan sebesar (34,5±1,6)% dari pH awal. Hal ini  disebabkan  molekul  CaCO 3 yang  larut  dalam
larutan  menghasilkan  ion  OH-  pada  permukaan cangkang telur sesuai dengan yang dituliskan pada reaksi  2  (Park  et  al.  2007).  Keberadaan  ion  OH- tersebut  meningkatkan  kemampuan  permukaan cangkang  telur  dalam  menjerap  logam  kromium yang berbetuk ion positif pada larutan. Fenomena ini menunjukkan cangkang telur memiliki potensi yang tinggi sebagai adsorben untuk menghilangkan logam kromium pada limbah cair.
CaCO 3 ↔ Ca 2+ + CO 3 2- (1) CO 3 2- + H 2 O ↔ HCO 3 - + OH - (2)
Studi Kesetimbangan Adsorpsi Logam Kromium Jumlah  logam  Cr  yang  terjerap  oleh cangkang  telur  dapat  dihitung  menggunakan persamaan dibawah ini (Borhade dan Kale, 2017; Ho. 2006).
𝑄 = 𝐶 0 − 𝐶 𝑡 𝑚 × 𝑉
Keterangan: Q =  banyaknya  logam  Cr  yang  terjerap  per gram cangkang telur (mg/g) C 0 = konsentrasi logam Cr awal (mg/L) Ct = konsentrasi logam Cr akhir (mg/L) m =  massa  cangkang  telur  yang  digunakan
(g)
V = volume larutan logam Cr (L)
Tabel 1. Plot Analisis Regresi Linear (Ayawei et al, 2017; Yeddou dan Bensmaili, 2007).
Keterangan: q e = Banyaknya logam kromium yang terjerap pada saat terjadinya kesetimbangan (mg.g -1 )
C e = Konsentrasi logam kromium pada saat terjadinya kesetimbangan (mg.L -1 ) q m = Jumlah maksimum logam kromium yang dibutuhkan untuk membuat lapisan monolayer pada permukaan cangkang telur (mg.g -1 )
K L = Konstanta Langmuir, yang menyatakan afinitas sisi aktif cangkang telur (mg.L -1 )
K f = Kapasitas adsorbsi (mg.g -1 ) n = Intensitas adsorbsi (mg.L -1 ) K T = Konstanta Temkin (mg.L -1 ) b = Konstanta Temkin berhubungan dengan kalor (J.mol -1 ) Model Isoterm Adsorbsi Bentuk persamaan linear Plot Langmuir 1 𝑞 𝑒 = 1 𝑞 𝑀 + 1 𝐾 𝐿 𝑞 𝑀 𝐶 𝑒 1 𝑞 𝑒 𝑣𝑠 1 𝐶 𝑒 Freundlich ln 𝑞 𝑒 = ln 𝐾 𝐹 + 1 𝑛 ln 𝐶 𝑒 ln 𝑞 𝑒 𝑣𝑠  ln 𝐶 𝑒
Temkin 𝑞 𝑒 = 𝑅𝑇 𝑏 ln 𝐾 𝑇 + 𝑅𝑇 𝑏 ln 𝐶 𝑒 𝑞 𝑒 𝑣𝑠  ln 𝐶 𝑒 a b
Gambar 3. Kurva Isoterm Adsorbsi; (a) Langmuir, (b) Freundlich, (c) Temkin
Tabel  2.    Nilai  konstanta  model  isoterm Freundlich untuk proses adsorbsi logam kromium menggunakan cangkang telur Proses adsorbsi logam kromium menggunakan  cangkang  telur  pada  penelitian  ini cenderung  mengikuti  model  isoterm  Freundlich dikarenakan  nilai  koefisien  korelasi  model isoterm  Freundlich  lebih  tinggi  dibandingkan model  isoterm  yang  lain.  Berdasarkan  pada gambar  3,  nilai  koefisien  korelasi  model  isoterm Freundlich sebesar (R 2 = 0,9795), model isoterm Langmuir  (R 2 =  0,9686),  dan  model    isoterm Temkin  (R 2 =  0,7873).Adapun  data  konstanta untuk masing-masing model isoterm ditunjukkan pada Tabel 2.

## KESIMPULAN
Cangkang  telur  memiliki  potensi  tinggi sebagai  adsorben  ramah  lingkungan  untuk menghilangkan logam kromium pada limbah cair. Hal ini dibuktikan dalam penelitian ini, diperoleh nilai  efektifitas  adsorpsi  rerata  sebesar  98,57% pada  semua  rentang  konsentrasi  dengan  waktu kontak  selama  60  menit.  Proses  pengadukan dalam proses adsorpsi dilakukan untuk mempercepat  proses  difusi  logam  kromium menuju  permukaan  adsorben  cangkang  telur, sehingga kesetimbangan proses adsorbsi berlangsung  lebih  cepat  Berdasarkan  data pengamatan,  proses  adsorpsi  logam  kromium mengikuti  model  isoterm  adsorbsi  Freundlich dengan  nilai  konstanta  Kf  sebesar  12,07  mg.g - 1 .menit -1 dan n sebesar 0,96.

## DAFTAR PUSTAKA
Ayaweyi,  N.,  Ebelegi,  A.  N.,  Wankasi,  D.
Modelling and interpretaion of adsorbtion isoterm. Journal of Chemistry . 2017
Borhade, A. V., Kale, A. S. Calcined Eggshell as a Cost Effective Material for Removal of Dyes  From  Aqueous  Solution. Appl. Water. Sci . 2017, 7, 4255-4268
Chen, L., Zhou, S., Shi, Y., Wang, C., Li, B., Li, Y., Wu, S. Heavy Metals in Food Crops, Soil,  and  Water  in  the  Lihe  River Watershed  of  the  Taihu  Region  and Their  Potential  Health  Risks  When Ingested. Sci. Total Environ . 2018, 615, 141-149
Darei, H., Mittal, A., Noorisepehr, M., Mittal, J. Separation  of  chromium  from  water sample using eggshell powder as a low- cost sorbent: kinetic and thermodynamic studies. Desalination and Water Treatment . 2013, 1-7 Francis,  A.  A.,  Abdel  Rahman,  M.  K.  The Environmental Sustainability of Calcined Calcium Phosphates Production From the Milling of Eggshell
Wastes  and  Phosphoric  Acid. J.  Clean. Prod . 2016, 137, 1432-1438
Fu,  F.,  Wang,  Q.  Removal  of  Heavy  Metal  Ions From  Wastewaters:  A  Review. J. Environ. Manage . 2011, 92, 407-418
Goyal, A., Srivastava, V. C. Treatment of Highly Acidic  Wastewater  Containing  High Energetic Compound Using Dimensionally  Stable  Anode. Chem. Eng. J . 2017, 325, 289-299
Ho,  Y.  S.  Review  of  Second-Order  Models  for
Adsorption Systems. J. Hazard.
Mater .2006, 136, 681-689 Jaishankar,  M.,  Tseten,  T.,  Anbalagan,  N., Mathew,  B.  B.,  Beeregowda,  K.  N. Toxicity, Mechanism and Health Effects of  Some  Heavy  Metals. Interdiscip. Toxicol . 2014, 7, 60-72 Klatte,  S.,  Schaefer,  H.  C.,  Hempel,  M. Pharmaceuticals in the Environment – A Short  Review  on  Options  to  Minimize the  Exposure  of  Humans,  Animals  and Ecosystems. Sustain.  Chem.  Pharm . 2017, 5, 61-66
M.  Ahmed,  A.R.A.  Usman,  S.S.  Lee,  S.C.  Kim,
J.E.  Yang,  Y.S.  Ok,  Eggshell  and  coral wastes  as  low  cost  sorbents  for

## Model Isoterm Adsorbsi Freundlich
K f (mg.g -1 ) n (mg.L -1 )
12,07 0,96 c
theremoval of Pb 2+ , Cd 2+ , and Cu 2+ from aqueous  solutions, J.  Ind.  Eng.  Chem . 2012, 18,  198–204. Park, H. J., Jeong, S. W., Yang, J. K., Kim, B. G., Lee,  S.  M.  Removal  of  heavy  metals using  waste  eggshell. Journal  of Environmental Sciences . 2007, 19, 1436- 1441 Yeddou,  N.,  Bensmaili,  A.  Equilibrium  and kinetic  modelling  of  iron  adsorbtion  by eggshells  in  a  batch  system:  effect  of temperature. Desalination .  2017,  206 127-134.