## STUDI KINETIKA PROSES ADSORBSI LOGAM NIKEL PADA SISTEM CAIRAN DENGAN MEMANFAATKAN LIMBAH CANGKANG TELUR SEBAGAI ADSORBEN

## Mohammad Jihad Madiabu
Politeknik AKA Bogor , Tanah Baru, Bogor, 16145

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  melakukan  studi  kinetika  adsorbsi  logam  nikel  dengan  limbah  cangkang  telur sebagai adsorben. Proses adsorbsi dilakukan dengan menggunakan metode batch. Variasi yang dilakukan adalah variasi waktu kontak. Persentase efektifitas adsorbsi  optimum diperoleh sebesar 85.66%. Model kinetika pseudo pertama,  pseudo  kedua,  dan  difusi  intrapartikel  digunakan  untuk  menjelaskan  proses  kinetika  adsorbsi.  Proses adsorbsi logam nikel terbagi menjadi dua tahap proses difusi dan mengikuti model kinetika orde kedua dengan nilai konstanta laju sebesar 0.05 mg/g.menit. Berdasarkan pada hasil penelitian ini, limbah cangkang telur cukup efektif dimanfaatkan sebagai adsorben dalam pengolahan logam nikel pada limbah cair

## Kata kunci: adsorbsi, nikel, limbah cangkang telur

## Abstract
This research was conducted to study the nickel adsorptive process by using eggshell waste as adsorbent. In this experiment,  adsorption  process  was  done  by  batch  method.  The  optimum  percentage  of  adsorbtion  effectivity was  85.66%.  Adsorption  kinetic  process  was  described  by  several  model  such  as  pseudo  first-order,  pseudo second-order,  and  intraparticle  diffusion.  The  data  showed  that  nickel  adsorption  contained  two  step  diffusion process and followed pseudo second-order with the rate constant was 0.05 mg/g.minute. The result exhibited that eggshells could be utilized effectively as adsorbent for nickel treatment in the waste water.
Key words: adsorbtion, nickel, eggshells waste

## PENDAHULUAN
Perkembangan industri dan teknologi  yang  pesat  dalam  satu  dekade terakhir menghasilkan banyak produk yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Akan tetapi,  perkembangan  teknologi  ini  pun menghasilkan produk samping yang berpotensi  tinggi  merusak  lingkungan. Limbah  yang umum dihasilkan dari sektor industri  adalah  logam  berat  seperti  timbal, kadmium,  seng,  dan  nikel  (Ahmad  et  al., 2012;  Mittal  et  al.,  2016;  Choi  dan  Lee, 2015).
Nikel merupakan logam berat  yang memiliki  tingkat  toksisitas  yang  tinggi
untuk  manusia  yang  menyerang  sistem peredaran  darah,  sistem  syaraf,  hati,  dan sistem  kekebalan  tubuh.  Selain  itu,  nikel juga  memiliki  sifat  karsinogenik.  Menurut peraturan  Menteri  Lingkungan  Hidup  dan Kehutanan  No  5  Tahun  2014,  batas maksimum  kadar  logam  nikel  pada  air limbah  industri  sebesar  0.5  mg/L.  Oleh karena  itu,  penanggulangan  logam  berat dari  lingkungan  perairan  menjadi  fokus peneliti beberapa tahun terakhir.
Pengolahan  logam  berat  yang terdapat  pada  limbah  cair  dapat  dilakukan secara fisika seperti koagulasi, ultrafiltrasi, koagulasi.  Selain  itu,  pengolahan  limbah
cair  juga  dapat  dilakukan  menggunakan metode kimia seperti pengendapan, pertukaran  ion,  elektrolisis,  osmosis  balik. Namun,  metode  tersebut  kurang  efektif, tahapan  pengerjaan  yang  kompleks  dan memerlukan biaya operasional yang mahal (Alemayehu  dan  Lennartz,  2010;  Fu  dan Wang, 2011; Yeddou et al., 2007). Metode adsorbsi  merupakan  metode  yang  terbukti memiliki efektivitas tinggi dalam menghilangkan  logam  berat  dari  limbah cair.  Selain  itu,  metode  adsorbsi  juga mudah  dilakukan  dan  tidak  membutuhkan biaya  operasional  yang  besar.  Material yang digunakan sebagai adsorben umumnya  memiliki  luas  permukaan  yang besar,  daya  serap  yang  tinggi,  mudah didapat,  dan  dapat  diregenerasi  dengan mudah (Ahmad et al, 2012; Ndlovu, 2014).
Telur  merupakan  bahan  makanan pokok yang umum ditemui pada kehidupan sehari hari. Berdasarkan data yang dikeluarkan Kementerian Pertanian (2018), produksi  telur  ayam  di  Indonesia  tahun 2018  sebesar  1.64  juta  ton  dan  jumlah  ini diprediksi akan terus meningkat pada tahun berikutnya.  Jumlah  produksi  telur  ayam yang  tinggi  ini  mengakibatkan  limbah cangkang  telur  melimpah.  Cangkang  telur yang  tidak  terpakai  akan  dibuang  ke lingkungan dan menjadi limbah lingkungan karena menghasilkan bau  yang tidak  sedap,  serta  menjadi  media  dalam pertumbuhan  bakteri  (Oliviera  et  al,  2013;
Eletta  et  al.  2016).  Komponen  utama penyusun  cangkang  telur  adalah  kalsium karbonat.  Selain  itu,  ada  pula  komponen anorganik  lainnya,  seperti  kalsium  fosfat, magnesium karbonat dan sedikit komponen  organik  (Balaz,  2014;  Nakano, et al., 2003).
Berdasarkan  komponen-komponen tersebut,  cangkang  telur  memiliki  potensi tinggi  sebagai  adsorben,  terutama  untuk proses adsorbsi logam berat, seperti logam timbal,  tembaga,  cadmium,  dan  perak dengan  kapasitas  adsorbsi  yang  tinggi (Ahmad et  al., 2012; Ho et al., 2014; Tizo et  al.,  2018).  Beberapa  perlakuan  dapat dilakukan  untuk  mengaktifasi  permukaan cangkang  telur  seperti  proses  kalsinasi cangkang telur.
Oleh karena itu, berdasarkan penelitian- penelitian sebelumnya, yang menjadi fokus penelitian ini adalah memanfaatkan cangkang  telur  sebagai  adsorben  untuk menghilangkan  logam  nikel  pada  limbah cair  dengan  metode  adsorbsi.  Kinetika adsorbsi  dipelajari  menggunakan  model orde  pseudo  pertama,  orde  pseudo  kedua, dan model difusi intrapartikel.

## METODE PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  diantaranya peralatan gelas, neraca, blender , penyaring ukuran 60 mesh, pengaduk,
spektrofotometer  serapan  atom  (AAS) Shimadzu AA-7000.
Bahan  yang  digunakan  padatan Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O  (Merck),  kertas  saring Whatmann  No  42,  aquadest,  aquabidest dan  cangkang  telur  dari  limbah  industri rumah  makan  disekitar  Politeknik  AKA Bogor

## Pembuatan Adsorben Cangkang Telur
Limbah  cangkang  telur  dicuci menggunakan aquadest dan dibilas menggunakan aquabidest. Kemudian dikeringkan  dalam  oven  dengan  suhu  100 0 C  selama  24  jam.  Selanjutnya,  cangkang telur  yang  sudah  kering  dihaluskan menggunakan blender dan disaring dengan saringan berukuran 60 mesh.
Pembuatan larutan induk logam Ni 1000 mg/L
0.4954 gram garam Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O ditimbang menggunakan neraca.
Kemudian  dimasukkan  kedalam  labu  ukur 100  mL.  Tahap  berikutnya,  aquabidest ditambahkan  sampai  tanda  tera  dan dihomogenkan.  Larutan  uji  dibuat  dengan mengencerkan  larutan  induk  Ni  sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan.
Sedangkan larutan deret standar diencerkan  dari  larutan  standar  Ni  yang bersertifikat.
Proses Adsorpsi Logam Ni
Proses adsorpsi logam Ni menggunakan  cangkang  telur  dilakukan dengan  metode  batch.  Wadah  yang  berisi larutan  Ni  dan  cangkang  telur  diletakkan pada  shaker  selama  proses  adsorbsi berlangsung.  Variasi  yang  dilakukan  pada penelitian  ini  adalah  variasi  waktu  kontak dengan  rentang  waktu  kontak  dari  (15-75) menit dengan bobot adsorben dan konsentrasi  awal  logam  Ni  yang  dibuat tetap.  Nilai  efektifitas  adsorpsi  logam  Ni dapat dihitung menggunakan persamaan di bawah ini
Co :  Konsentrasi  larutan  logam  Ni awal (mg/L)
Ce :  Konsentrasi  larutan  logam  Ni pada kondisi setimbang (mg/L)

## Variasi Waktu Kontak
Sejumlah  serbuk  cangkang  telur yang  sudah  ditimbang  dimasukkan  ke dalam  erlenmeyer  100  mL.  Kemudian ditambahkan  dengan  25  mL  larutan  uji  Ni 50  ppm.  Berikutnya,  erlenmeyer  ditutup dengan  alumunium  foil  dan  diaduk menggunakan  shaker  dengan  kecepatan pengadukan  konstan  sebesar  120  rpm selama  (15;  30;  45;  60;  dan  75)  menit. Larutan  yang  sudah  selesai  diaduk, kemudian  disaring  dan  diukur  nilai absorbansinya menggunakan
spektrofotometer serapan atom.
Jumlah  logam  Ni  yang  teradsorb  pada permukaan cangkang telur dapat dikalkulasi menggunakan persamaan dibawah  ini  (Borhade  dan  Kale,  2017; Bhatnagar et al. 2009).
q = total logam Ni yang terjerap per gram cangkang telur (mg/g) C 0 =  konsentrasi  logam  Ni  sebelum proses adsorbsi (mg/L) Ct =  konsentrasi  logam  Ni  pada waktu ke -t (mg/L) m =  massa  cangkang  telur  yang
digunakan (g)
V = volume larutan logam Ni (L)

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pembuatan Adsorben Cangkang Telur
Pembuatan adsorben cangkang telur  terbagi  beberapa  tahap,  yaitu  proses pencucian, pengeringan, dan homogenisasi ukuran  partikel.  Tahap  pertama,  cangkang telur  dicuci  menggunakan  air  destilasi untuk  memastikan  semua  pengotor  yang menempel pada permukaan cangkang telur hilang.  Tahap  kedua,  cangkang  telur  yang sudah  bersih  di  keringkan  dalam  oven untuk  menguapkan  seluruh  partikel  air yang  menempel  di  permukaan  dan  pori- pori  cangkang  telur.  Tahap  terakhir, homogenisasi  ukuran  partikel  dilakukan dengan  menghaluskan  dan  menyaring
serbuk limbah cangkang telur. Tujuan dari tahap  ini  adalah  untuk  memperbesar  luas permukaan bidang sentuh adsorben sehingga menambah jumlah sisi aktif untuk proses adsorbsi yang berefek pada peningkatan kapasistas adsorbsi.

## Pengaruh Waktu Kontak
Variasi  waktu  kontak  adalah  salah satu  perlakuan  penting  dalam  proses adsorbsi.  Hasil  dari  variasi  waktu  kontak ini  dapat  digunakan  untuk  mempelajari kinetika  dari  proses  adsorbsi.  Model kinetika  adsorbsi  yang  digunakan  pada penelitian  ini  menggunakan  model  orde pseudo  pertama  dan  model  orde  pseudo kedua. Pada gambar 1 dapat diamati bahwa pada  15  menit  pertama,  proses  penjerapan logam Ni menggunakan adsorben cangkang  telur  terjadi  cukup  cepat. Peningkatan  persentase  efisiensi  adsorbsi terjadi  secara  signifikan  ketika  proses adsorbsi  dilakukan  selama  45  menit. Kemudian  proses  adsorbsi  berlangsung dengan  laju  yang  lebih  lambat  yang diindikasikan  dengan  kemiringan  kurva yang  semakin  landai.  Laju  adsorbsi  yang landai  menunjukkan  permukaan  sisi  aktif cangkang telur sudah jenuh oleh logam Ni. Nilai  persentase  efisiensi  adsorbsi  logam Ni  tertinggi  pada  t  =  75  menit  sebesar 85.66 %.
Gambar  1.  Kurva  persentase  efisiensi  dan  qe adsorbsi  logam  Ni  dengan  adsorben  cangkang telur (variasi waktu kontak)
Nilai  q e meningkat  dikarenakan massa  adsorben  yang  digunakan  pada variasi  waktu  kontak  ini  cenderung  tidak berbeda secara signifikan, sedangkang nilai persentase  efisiensi  meningkat  cukup signifikan.  Nilai  q e terbesar  pada  waktu optimum diperoleh sebesar 1.94 mg/g

## Studi Kinetika Adsorpsi Logam Nikel
Adsorbsi  ion  logam  menggunakan adsorben cangkang telur merupakan mekanisme yang bersifat reversible , sehingga  akan  terbentuk  sistem  yang setimbang  antara  ion  logam  dan  adsorben. Ada  beberapa  model  matematika  yang dapat  digunakan  untuk  mengevaluasi  laju adsorbsi,  seperti  menggunakan  model persamaan  orde  pseudo  pertama,  model persamaan  orde  kedua,  dan  model  difusi intrapartikel.
Model orde pseudo pertama mengasumsikan pada awal proses adsorbsi, tidak  ada  interaksi  antara  ion  logam
dengan  sisi  aktif  di  permukaan  adsorben. Model  kinetik  proses  adsorbsi  ini  dapat disimulasikan  menggunakan  persamaan dibawah ini (Eletta et al, 2016).
q e =  jumlah  ion  logam  yang  teradsorb pada kondisi setimbang
qt =  jumlah  ion  logam  yang  teradsorb pada waktu tertentu
k 1 = konstanta laju orde pseudo pertama
t = waktu
Model orde pseudo kedua berdasarkan  pada  kapasitas  adsorbsi  pada kondisi  setimbang.  Model  ini  cenderung digunakan  pada  penentuan  laju  adsorbsi secara  berkelanjutan.  Model  orde  pseudo kedua ini dapat mengindikasikan kapasitas adsorbsi  suatu  adsorben  berbanding  lurus dengan  jumlah  sisi  aktif  pada  permukaan adsorben  yang  dapat  digunakan  dalam proses  adsorbsi  (Darei  et  al.  2015).  Model kinetika proses adsorbis orde pseudo kedua ini  dapat  disimulasikan  menggunakan persamaan dibawah ini (Eletta et al, 2016).
q e = jumlah ion  logam  yang teradsorb pada kondisi setimbang
q t = jumlah ion  logam  yang teradsorb pada waktu tertentu
k 2 = konstanta laju orde pseudo kedua t = waktu
Model  kinetika  untuk  adsorbsi  logam  Ni menggunakan  cangkang  telur  sebagai adsorben  ditunjukkan  pada  gambar  2. Berdasarkan  perbandingan  nilai  R2  antara kedua  model  tersebut,  proses  adsorbsi logam  Ni  cenderung  mengikuti  model kinetika  orde  pseudo  kedua.  Untuk pembuktian  lebih  lanjut  dapat  dilakukan dengan  membandingkan  besarnya  nilai  qe hasil perhitungan dengan qe hasil percobaan. Data konstanta laju, qe perhitungan,  dan  qe  percobaan  dirangkum pada Tabel 1.
Tabel  1.  Nilai  konstanta  laju  dan  jumlah  ion logam Ni yang teradsorb pada kondisi
setimbang Model Kinetika Parameter Nilai Orde pseudo pertama k 1 (menit -1 )
0.22 q e hit (mg/g) 1.19 q e eks (mg/g) 3.87 R 2 0.9476 Orde pseudo kedua k 2 (g/mg.menit) 0.05 q e hit (mg/g) 1.19 q e eks (mg/g) 1.45 R 2 0.9889 Difusi intrapartikel k id I (mg/g.menit 0.5 ) 0.277 R 2 0.9718 k id II (mg/g.menit 0.5 ) 0.0304 R 2 0.9056
Model  kinetika  orde  pseudo  kedua memberikan  hasil  nilai  q e hitung  yang tidak  berbeda  secara  signifikan  dengan nilai  q e percobaan.  Berdasarkan  data tersebut,  model  kinetika  adsorbsi  untuk logam Ni mengikuti model kinetika pseudo kedua  dengan  besarnya  konstanta  laju adsorbsi sebesar 0.05 g/mg.menit .
Gambar  2.  Kurva  laju  adsorbsi  logam  Ni menggunakan  cangkang  telur,  (a)  orde  pseudo pertama,  (b)  orde  pseudo  kedua,  (c)  difusi intrapartikel
Gambar  2c  menunjukkan  kurva kinetika  model  difusi  intrapartikel.  Garis kurva  yang  tidak  linear  dari  kondisi  awal sampai akhir menunjukkan proses adsorbsi logam  Ni  ini  terbagi  menjadi  beberapa step, pada penelitian ini tahap difusi dibagi menjadi  2  tahapan  yaitu,  tahap  difusi  dari larutan bulk menuju  permukaan  adsorben dan  tahap  difusi  ion  logam  ke  permukaan
bagian  dalam  dari  adsorben  (Bhatnagar  et al, 2009).
Pada tahap 1, proses difusi berjalan cepat  dibuktikan  dengan  nilai  slope persamaan  garis  yang  curam.  Fenomena tersebut terjadi dikarenakan pada permukaan  sisi  aktif  adsorben  masih banyak  yang  belum  terisi  oleh  adsorbat, sehingga laju difusi ion logam dari larutan bulk-nya  menuju  permukaan  adsorben menjadi  lebih  tinggi.  Sedangkan  pada tahap  2,  seluruh  permukaan  sisi  aktif adsorben  dimungkinkan  jenuh  oleh  ion logam, sehingga tahap difusi yang dominan adalah difusi pori yang cenderung berjalan  lebih  lambat.  Terbukti  dengan kemiringan  kurva  pada  tahap  II  yang cenderung landai.

## KESIMPULAN
Limbah  cangkang  telur  memiliki potensi  sebagai  adsorben  alternatif  dan ramah  lingkungan  dalam  proses  adsorbsi logam  berat  terutama  nikel.  Hal  tersebut dibuktikan    pada  hasil  penelitian  ini  nilai persentase  efisiensi  adsorbsi  logam  Ni mencapai  lebih  dari  80  %  untuk  waktu kontak  yang  relatif  singkat.  Kinetika adsorbsi  logam  Ni  mengikuti  model kinetika  pseudo  kedua  dengan  konstanta laju  diperoleh  sebesar  0.05  g/mg.menit. Proses difusi terjadi dalam dua tahap yaitu proses  difusi  dari  larutan bulk ke
permukaan  adsorben,  yang  dilanjutkan difusi ke dalam pori-pori adsorben.

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmad,  M.,  Usman,  A.  R.  A.,  Lee,  S.  S., Kim,  S.  C.,  Joo,  J.  H.  Eggshells and  coral  wastes  as  low  cost sorbents for removal of Pb 2+ , Cd 2+ and  Cu 2+ from  aqueous  solutions.
Journal of Industrial and Engineering  Chemistry . 2012 ,  18.
198-204
Alemayehu,  E.,  Lennartz,  B.  Adsorptive removal  of  nickel  from  water using  volcanic  Rocks. Appl.
Geochem . 2010 , 25, 1596-1602
Balaz,  M.  Eggshell  membrane  biomaterial as  a  platform  for  applications  in materials science. Acta
Biomaterialia . 2014 ,  10,  3827-
3843
Bhatnagar,  A.,  Minocha,  A.  K.,  Sillanpaa,
M.  Adsorptive  removal  of  cobalt from aqueous solution by utilizing lemon peel as biosorbent. Biochemical Engineering Journal .
2010 , 48, 181-186
Choi,  H.  J.,  Lee,  S.  M.  Heavy  metal removal  acid  mine  drainage  by calcined  eggshell  and  microalgae hybrid  system. Environ  Sci  Pollut Res . 2015 , 22, 13404-13411
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 . 2015 , 53, 214-220
Eletta,  O.  A.  A.,  Ajayi,  O.  A.,  Ogunleye,
O. O., Akpan, I. C. Adsorbtion of cyanide  from  aqueous  solution using calcinated eggshells: equilibrium and optimisation studies. Journal of  Environmental
Chemical  Engineering . 2016 ,  4
(1), 1367-1375
Fu,  F.,  Wang,  Q.  removal  of  heavy  metal ions  from  wastewaters:  a  review.
J.  Environ.  Manage . 2011 ,  92,
407-418
Ho, J. H., Yeh, Y. N., Wang, H. W., Khoo, S.  K.,  Chen,  Y.  H.,  Chow,  C.  F. Removal of nickel  and silver ions using  eggshells  with  membrane, eggshell membrane, and
eggshells. Food  Science  and Technology  Research . 2014 ,  20
(2), 337-343
Mittal,  A., Teotia, M.,  Soni,  R. K., Mittal,
J.  Applications  of  egg  shell  and egg shell membrane as  adsorbent:
a  review. Journal  of  Molecular
Liquids . 2016 , 223, 376-387
Nakano,  T.,  Ikawa,  N.  I.,  Ozimek,  L.
Chemical  composition  of  chicken eggshell  and  shell  membranes.
Poultry  Science . 2003 ,  82,  510-
514
Ndlovu,  S.  Acid  mine  drainage  challenges and  opportunities. J.  Environ. Chem.  Eng . 2014 ,  2  (3)  1785-
1803
Oliviera, D. A., Benelli, P., Amante, E. R.
A  literature  review  on  adding value to solid residues: egg shells.
J. Clean. Prod . 2013 , 46, 42-47
Tizo, M. S., Blanco, L. A. V., Cagas, A. C. Q.,  Cruz,  B.  R.  B.  D.,  Encoy,  J. C.,  Gunting,  J.  V.,  Arazo,  R.  O., Mabayo,  V.  I.  F.  Efficiency  of calcium  carbonate  from  eggshells as  an  adsorben  for  cadmium removal  in  aqueous  solution.
Sustainable
Environment
Research . 2018 , 28, 326-332
Yeddou,  N.,  Bensmaili,  A.  Equilibrium and  kinetic  modelling  of  iron adsorbtion by eggshells in a batch system:  effect  of  temperature. Desalination . 2007 , 206 127-134