## ISOTERM ADSORPSI FENOL OLEH LEMPUNG ALAM
Nelly Wahyuni 1 *, Imelda H. Silalahi 1 , Dina Angelina 2
1 Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Tanjungpura
2 Dinas Lingkungan Hidup Kota Pontianak
*E-mail : nellywahyuni@chemistry.untan.ac.id

## Abstract
Phenol is a pollutant that is very dangerous in the environment because it is toxic and difficult  to  degrade  by  decomposing  organisms.  Natural  clay  from  Capkala  District, Bengkayang  Regency  will  be  studied  as  phenol  adsorbent.  Batch  experiments  were carried out by varying the parameters like contact time of adsorption and initial phenol concentration.  The  equilibrium  data  were  tested  with  Langmuir  and  Freundlich isotherm. The results showed that the optimum contact time for adsorption was 4 hours. The  process  of  adsorption  of  phenol  by  natural  clay  follows  the  Langmuir  adsorption isotherm model with an adsorption capacity of 0.65 mg/g.
Keywords: adsorption isotherm, Freundlich, natural clay, phenol, Langmuir.

## Abstrak
Fenol  merupakan  polutan  yang  sangat  berbahaya  di  lingkungan  karena  bersifat  racun dan  sulit  terdegradasi  oleh  organisme  pengurai.  Lempung  alam  yang  berasal  dari Kecamatan  Capkala,  Kabupaten  Bengkayang    akan  dikaji  penggunaannya  sebagai adsorben  fenol.  Adsorpsi  dilakukan  dengan  metoda  batch  pada  variasi  waktu  kontak adsorpsi dan konsentrasi awal fenol. Data kesetimbangan adsorpsi diuji dengan isoterm Langmuir  dan  Freundlich.  Hasil  penelitian  menunjukkan  waktu  kontak  optimum adsorpsi  adalah  4  jam.  Proses  adsorpsi  fenol    oleh  lempung  alam    mengikuti  model isoterm adsorpsi Langmuir dengan kapasitas adsorpsi sebesar 0,65 mg/g.
Kata Kunci: fenol, Freundlich, isoterm adsorpsi, Langmuir, lempung alam

## PENDAHULUAN
Seiring  dengan  meningkatnya  populasi  penduduk  dan  perkembangan  tekonologi, pencemaran  air  merupakan  salah  satu  masalah  serius  yang  dihadapi  dan  menjadi perhatian banyak pihak. Salah satu polutan yang berbahaya di lingkungan adalah fenol. Limbah fenol dapat berasal dari proses produksi pada berbagai industri seperi peleburan logam,  plastik,  polimer,  farmasi,  cat,  pengolahan  kayu  (kayu  lapis),  pestisida  organik, pulp dan kertas (Bismo, dkk., 2008., Afsharnia et al., 2016).
Fenol  dan  senyawa  turunannya  bersifat  racun  dan  sangat  sulit  didegradasi  oleh organisme  pengurai.  Air  yang  telah  tercemar  oleh  fenol  bagi  manusia  dapat menyebabkan  degenerasi  protein  dan  berbahaya  bagi  jantung,  hati  dan  ginjal  (Hudori dan  Yulianto,  2011).  Selain  itu,  senyawa  fenol  (gambar  1)  bersifat  korosif,  dapat menyebabkan iritasi jaringan, kulit, mata dan mengganggu pernapasan manusia. Kadar maksimum  senyawa  fenol  di  limbah  cair  industri  berkisar  0,2  mg/L  –  5,0  mg/L tergantung  pada  jenis  industrinya  (Slamet  dkk.,  2005).  Ketentuan  ini  mengacu  pada Keputusan  Menteri  Negera  Lingkungan  Hidup  No  51  tahun  1995  tentang  baku  mutu limbah cair pada kegiatan industri. Oleh karena itu perlu dilakukan pencegahan terhadap semakin meluasnya pencemaran fenol, salah satunya melalui proses adsorpsi.

## HO

## Gambar 1. Struktur fenol
Sumber: Anku et al., (2017)
Adsorpsi  memiliki  beberapa  kelebihan  jika  dibandingkan  dengan  metode  lainnya, diantaranya  prosesnya  relatif  sederhana,  efektivitas  dan  efisiensinya  relatif  tinggi  dan adsorbennya  dapat  dipergunakan  kembali  (regenerasi).  Bohli  et  al.,  (2013) menggunakan  karbon  aktif  untuk  menurunkan  kadar  fenol  dari  larutan.  Angraini  dkk., (2015)  menggabungkan  2  jenis  adsorben  yaitu  karbon  aktif  dan  zeolit  alam  untuk menurunkan kadar fenol dengan metoda kolom.
Salah  satu  jenis  adsorben  yang  potensial  dimanfaatkan  dalam  adsorpsi  fenol  adalah lempung alam. Kalimantan Barat memiliki banyak endapan bahan galian baik endapan bahan  galian  logam  maupun  bahan  galian  nonlogam.  Keberadaan  bahan  galian  logam tersebut    tersebar  di  beberapa  kabupaten,  salah  satunya  Kabupaten  Bengkayang (khususnya  Kecamatan  Capkala).  Penyusun  utama  lempung  alam  ini  adalah  kaolinit (Wahyuni et al., 2018).
Golongan kaolinit dipandang dari segi mineralogi struktur kisinya tersusun atas  lapisan (sheet) tunggal Al 2 O 3 dan SiO 2 . Struktur kaolinit ditampilkan pada gambar 2.
Gambar 2. Struktur kaolinit berdasarkan hasil simulasi molekul Sumber: Awad et al., (2017)
Persamaan  Freundlich  dan  Langmuir  umumnya  digunakan  dalam  pengolahan  data adsorpsi  dari  larutan  (Nethaji  et  al.,  2013).  Isoterm  Freundlich  merupakan  persamaan yang menyatakan hubungan antara jumlah zat  yang teradsorpsi dengan konsentrasi zat dalam larutan, dinyatakan dalam persamaan berikut (Oscik, 1983):
m = kC (1/n) (1) log m = log k + 1/n log C (2)
dimana, m: jumlah gram teradsorpsi/gram adsorben C: konsentrasi adsorbat pada kesetimbangan n dan k: konstanta
Dengan mengukur m sebagai fungsi C maka nilai n dan k dapat ditentukan dari harga slop  dan  intersepnya.  Isoterm  Freundlich  tidak  berlaku  jika  konsentrasi  (atau  tekanan) dari  zat  yang  akan  teradsorpsi  terlalu  tinggi.  Kelemahan  persamaan  ini  tidak  dapat menduga  nilai  jerapan  maksimum  (adsorption  maximum).  Nilai  1/n  dan  k  sering digunakan untuk membuat kesimpulan tentang mekanisme jerapan. Nilai n menyatakan besarnya  afinitas  adsorben  terhadap  adsorbat.  Makin  besar  afinitas  adsorben  terhadap adsorbat, maka semakin besar kapasitas adsorben menyerap adsorbat dan sebaliknya.
Isoterm  Langmuir  menunjukan  bahwa  pada  permukaan  adsorben  terdapat  sejumlah tertentu  situs  aktif  yang  sebanding  dengan  luas  permukaan.  Pada  setiap  situs  aktifnya hanya  ada  satu  molekul  yang  dapat  diadsorpsi.  Ikatan  antara  zat  teradsorpsi  dengan adsorben terjadi secara fisika atau kimia. Isoterm adsorpsi Langmuir dinyatakan dalam persamaan 3  (Yang, 2003):
m = ) 1 ( KC KC b + + (3)
Persamaan  linear  dari  persamaan  Langmuir  dapat  dinyatakan  dalam  persamaan  4 berikut ini:
b C bK m C + = 1 (4)
dimana:
m: jumlah gram teradsorpsi per gram adsorben pada konsentrasi C K: konstanta kesetimbangan  (afinitas adsorpsi) C: konsentrasi ion yang teradsorpsi saat keadaan jenuh b: kapasitas adsorpsi maksimum dengan  memplot  C/m  terhadap  C  akan  diperoleh  garis  lurus  sehingga  konstanta kesetimbangan K dan kapasitas adsorpsi maksimum b dapat ditentukan dari harga slop dan intersep.

## METODE PENELITIAN
Bahan  dan  Peralatan .  Pada  penelitian  ini  digunakan  bahan  kimia  seperti aminoantipirin  2%,  fenol,      K 3 Fe(CN) 3 ,  Buffer  pH=10.  Lempung  alam  berasal  dari Kecamatan  Capkala,  Kabupaten  Bengkayang.    Sedangkan  alat-alat  utama  yang digunakan  adalah  Gas  Sorption  Analyzer  (GSA)  NOVA  1000  dan    spektrofotometer UV-Vis tipe Genesys.

## Metode Penelitian
1. Preparasi Lempung alam
Lempung  dari  Desa  Capkala  Kabupaten  Bengkayang  dipanaskan  pada temperatur 80 ο C selama 5 jam, dihaluskan dan dilakukan pengayakan dengan ayakan 80 mesh.  Setelah  itu  dicuci  dengan  akuades sebanyak  3  kali  dan    dilakukan  penyaringan. Lempung  basah  selanjutnya  dikeringkan  pada  temperatur  80 ο C  selama  24  jam, kemudian  diayak  lagi  dan  siap  digunakan  sebagai  adsorben  (Wahyuni  dkk.,  2008) . Lempung alam yang digunakan memiliki luas permukaan spesifik, rerata jejari pori dan volume total pori berturut-turut 6,305 m 2 /g, 26,974 Å, dan 0,0085 cc/g.
2. Penentuan waktu optimum adsorpsi fenol oleh lempung alam
Sebanyak  0,5  g  lempung  alam  diinteraksikan  dengan  20  mL  larutan  fenol 40mg/L,  kemudian  diaduk  dengan  shaker  kecepatan  200  rpm.  Waktu  pengocokan divariasi  yaitu  1,  2,  3,  4,  5,  6  dan  12  jam.  Setelah  itu,  suspensi  analit  yang  telah diinteraksikan dengan adsorben dipisahkan dengan cara penyaringan. Konsentrasi fenol pada  supernatan  ditentukan  berdasarkan  pengukuran  absorbansi  pada  panjang gelombang  505  nm  menggunakan  spektrofotometer  UV-vis.  Waktu  optimum  adsorpsi fenol ditentukan berdasarkan metode statistik.
3.  Penentuan kapasitas adsorpsi lempung alam terhadap fenol
Sebanyak  0,5  g  lempung  alam  dimasukkan  dalam  botol  yang  berisi  masing- masing 20 mL larutan fenol dengan variasi konsentrasi 30mg/L, 35 mg/L, 40 mg/L dan 45  mg/L,    kemudian  diaduk  dengan  shaker  kecepatan  200  rpm  pada  waktu  optimum. Selanjutnya,  suspensi  analit  yang  telah  diinteraksikan  dengan  adsorben  dipisahkan dengan  cara  penyaringan  dan  diukur  absorbansinya.  Kapasitas  adsorpsi  ditentukan melalui persamaan isoterm adsorpsi.
4.  Penentuan kadar fenol (SNI 06-6989.21, 2004)
Pewarnaan fenol terlarut dilakukan dengan cara mencampurkan 0,5 mL  sampel larutan dengan pereaksi pewarna 0,05 mL  4-aminoantipirin 2% (b/v), 0,05 mL  kalium heksasiano  ferrat  (III)  8%  (b/v),    0,5  mL  buffer  pH  10,  dan    1,5  mL  akuades. Pengukuran dilakukan pada panjang gelombang 505 nm menggunakan spektrofotometer  UV-Vis.  Konsentrasi  fenol  dihitung  menggunakan  kurva  standar dengan  rumus  korelasi  konsentrasi  fenol  (x)  dan  absorbansi  (y)  yaitu  y  =  0,0541x  – 0,012 dengan koofesien korelasi R 2 = 0,9895.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan Waktu Kontak Kesetimbangan Adsorpsi Fenol
Waktu  kontak  antara  adsorben  dengan  adsorbat  merupakan  salah  satu  faktor  yang mempengaruhi  kemampuan  adsorpsi  suatu  adsorben.  Waktu  kontak  adsorpsi  fenol dengan  adsorben  lempung  berhubungan  dengan  berapa  lama  waktu  yang  diperlukan agar  fenol  mampu  diadsorpsi  secara  optimal  oleh  lempung.  Studi  adsorpsi  fenol  oleh lempung alam diawali dengan penentuan waktu kesetimbangan optimum.  Semua data perhitungan  konsentrasi  fenol  hasil  adsorpsi  diperoleh  dari  hasil  analisis  dengan menggunakan  spektrofotometer  UV-Vis  pada  panjang  gelombang  505  nm  (panjang gelombang maksimum fenol) setelah dilakukan pewarnaan.
Waktu  kontak  mempengaruhi  mempengaruhi  konsentrasi  fenol  yang  teradsorpsi  oleh lempung  alam  (tabel  1).  Konsentrasi  fenol  yang  teradsorpsi  meningkat  seiring  dengan meningkatnya  waktu  kontak  adsorpsi.  Peningkatan  ini  berlangsung  hingga  waktu kontak 4 jam kemudian menurun pada waktu kontak 5 jam dan meningkat kembali pada waktu  kontak  6  dan  12  jam  dimana  adsorpsi  memperlihatkan  kecenderungan  yang relatif konstan.
Berdasarkan  uji  statistik  (Uji  t)  kondisi  kesetimbangan  antara  molekul  fenol  dengan permukaan adsorben lempung diperoleh pada waktu kontak 4 jam, dimana pada waktu ini  adsorpsi  fenol  oleh  adsorben  adalah  optimum.  Hasil  riset  ini  juga  menunjukkan bahwa  lempung  alam  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  memerlukan  waktu  kontak yang lebih cepat dibanding lempung alam monmorrilonit (Mustapha et al., 2012).
Tabel 1.  Pengaruh waktu kontak terhadap adsorpsi fenol oleh lempung alam
Waktu kontak (jam) [Fenol]  awal (Co) (mg/L) [Fenol]  setimbang (Ca) (mg/L) [Fenol]  teradsorpsi (Cx) (mg/L) 1 40,70 29,24 11,45 2 40,70 28,21 12,49 3 40,70 25,01 15,69 4 40,70 19,06 21,63 5 40,70 23,42 17,27 6 40,70 20,55 20,14 12 40,70 19,34 21,35

## Kapasitas Adsorpsi Lempung Alam  Terhadap Fenol
Untuk  mengetahui  karakteristik  adsorpsi  dari  sisi  termodinamika,  maka  dalam penelitian ini dilakukan adsorpsi isotermal fenol dengan variasi konsentrasi awal fenol. Dalam  penelitian  ini,  adsorpsi  fenol  dilakukan  pada  kondisi  optimum  adsorpsi  fenol oleh  lempung  alam.  Nilai  konsentrasi  awal  adsorbat  berbanding  lurus  dengan konsentrasi  adsorbat  yang  teradsorpsi  pada  setiap  adsorben  (tabel  2).  Kurva  isoterm adsorpsi diperoleh dengan memplot konsentrasi setimbang fenol (Ca) terhadap kapasitas adsorpsi(m).
Tabel  2. Adsorpsi fenol pada variasi konsentrasi [fenol]  awal (Co) (mg/L) [fenol]  setimbang (Ca) (mg/L) [fenol]  teradsorpsi (Cx) (mg/L) 30,03 16,80 13,22 35,28 20,68 14,59 40,07 25,42 14,64 45,74 31,15 14,59
Isoterm  lempung  alam  membentuk  kurva  “L”  yang  mana  merupakan  salah  satu  ciri isoterm  Langmuir  (gambar  2).  Kurva  ini  menunjukan  suatu  proses  adsorpsi  yang terbatas  sampai  konsentrasi  tertentu  dan  membentuk  lapisan  tunggal  pada  permukaan adsorben.  Isoterm  adsorpsi  ini  berlaku  pada  antar  muka  cairan  dan  padatan.  Adsorpsi dapat  terjadi  karena  adanya  ikatan  antara  situs  aktif  dari  adsorben  dengan  adsorbat sehingga  membentuk  lapisan  penyerapan  tunggal  (monolayer  adsorption)  pada permukaan adsorben (Oscik, 1983).
Gambar  2. Kurva isoterm adsorpsi fenol oleh lempung alam
Penerapan model isoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir untuk mengolah data yang diperoleh  dari  penelitian  dapat  diperoleh  nilai  parameter  termodinamika  isoterm adsorpsi.  Model  adsorpsi  pada  adsorben  lempung  alam    cenderung  mengikuti  isoterm adsorpsi  Langmuir  (tabel  3).  Hal  ini  ditandai  dengan  harga  koefisien  korelasi  (R 2 ) persamaan  Langmuir  lebih  mendekati  nilai=  1  dibandingkan  R 2 untuk  persamaan Freundlich.  Adsorpsi  fenol  oleh  lempung  alam  terjadi  melalui  pembentukan  ikatan hidrogen antara situs aktif adsorben yaitu gugus silanol dari lempung alam dan gugus  - OH dari fenol (Mustapha et al., 2012).  Situs aktif pada adsorben sebanding dengan luas
permukaan  (Amri  dkk.,  2004).  Kapasitas  adsorpsi  lempung  alam  kaolinit  sebesar 0,65 mg/g  lebih  besar  dari  yang  diperoleh  Alkaram et al.  (2009)  yaitu  0,468  mg/g,    namun lebih rendah bila dibandingkan dengan lempung monmorrilonit (Hamdaoui et al., 2018).
Tabel 3. Perbandingan persamaan garis, nilai b serta koefisien korelasi (R 2 ) dari persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich Model Isoterm Adsorpsi Parameter Adsorpsi Nilai Hasil Perhitungan Langmuir Persamaan garis y = 1,5374x + 4,8675 b(mg/g) 0,65 E(kJ/mol) 5,03 R 2 0,98 Freundlich Persamaan garis y = 0,1458x - 0,4227 k(mg/g)(L/mg) n 0,30 n 6,85 R 2 0,60

## PENUTUP
Lempung  alam  yang  berasal  dari  kecamatan  Capkala,  kabupaten  Bengkayang berpotensi  digunakan  untuk  menurunkan  kandungan  fenol  di  perairan  atau  limbah. Setiap gram lempung alam yang dikontakkan selama 4 jam dengan 1 liter larutan fenol mampu menyerap fenol sebanyak 0,65 ppm.

## DAFTAR PUSTAKA
Afsharnia,  M.  Saeidi,  M.  Aarei,  A.  Narooie,  M.  R.  Biglari,  H.  2016.  Phenol  Removal from  Aqueous  Environment  by  Adsorption  onto  Pomegranate  Peel  Carbon. Electronic physician , 8(11), pp: 3248-3256.
Alkaram,  U.  F.  Mukhlis,  A.  A.  Al-Dujaili,  A.  H.  2009.  The  Removal  of  Phenol  from Aqueous  Solutions  by  Adsorption  Using  Surfactant-Modified  Bentonite  and  Kaolinite. Journal of Hazardous Materials , 169(1-3), pp :324-32.
Angraini,  R.  Wahyuni,  N.  dan  Gusrizal.  2015.  Adsorpsi  Fenol  Oleh  Kombinasi Adsorben  Zeolit  Alam  Dan  Karbon  Aktif  Dengan  Metode  Kolom. Jurnal  Kimia Khatulistiwa , 4(1), pp: 29-34.
Anku,  W.W.  Mamo,  M.A  and  Govender,  P.P.  (2017).  Phenolic  Compounds  in  Water: Sources, Reactivity Toxicity and Treatment Methods in Phenolic Compounds - Natural Sources, Importance and Applications. pp: 420-423, Intech publisher.
Amri,  A.  Supranto  dan  Fahrurozi,  M.  2004.  Kesetimbangan  Adsorpsi  Optional Campuran  Biner  Cd  (II)  dan  Cr  (III)  dengan  Zeolit  Alam  Terimpregnasi  2- merkaptobenzotiazol, Jurnal Natur Indonesia , 6 (2), pp: 111-117.
Awad,  M.  E.  López-Galindo,  A.  Setti,  M.  El  Rahmanya,  M.  M.  Iborra,  C.  V.  2017. Kaolinite  in  pharmaceutics  and  biomedicine  (Review). International  Journal  of Pharmaceutic . 533, pp: 34-48.
Bismo,  S.,  Kustiningsih,  I.,  Jayanudin,  Haryanto,  F.,  &  Saptono,  H.  J.  (2008).  Studi awal degradasi fenol dengan teknik ozonasi di dalam reaktor annular. in Prosiding seminar nasional rekayasa kimia dan proses 2008. pp. J-081-1- J-081-8.
Bohli,  T.  Fiol,  N.  Villaescusa,  I.  and  Ouederni,  A.  2013.  Adsorption  on  Activated Carbon from Olive Stones: Kinetics and Equilibrium of Phenol Removal from Aqueous Solution. Journal of Chemical Engineering & Process Technology . pp: 4-6.
Hamdaoui, M. Hadri, M.  Bencheqroun, Z. Draoui, K. Nawdali, M. Zaitan, H. Barhoun, A.  2018.  Improvement  of  Phenol  Removal  from  Aqueous  Medium  by  Adsorption  on Organically  Functionalized  Moroccan  Stevensite. Journal  of  Materials  and Environmental Sciences . 9(4), pp: 1119-1128.
Menteri  Negara  Lingkungan  Hidup.  (1995).  Keputusan  Menteri  Negara  Lingkungan Hidup,  Nomor:  KEP-51/MENLH/10/1995  Tentang  Baku  Mutu  Limbah  Cair  Bagi Kegiatan Industri.
Hudori  dan  Yulianto,  A.  2011.  Penurunan  Fenol  Melalui  Proses  Adsorptive  Micellar Flocculation. Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan . 3(1), pp: 066 ‐ 072.
Mustapha,  D.    Fatiha,  D.  Bouchekara,  M.  Djafri,  A.  2012.  Adsorption  of  Phenol  on Natural Clay. Applied and Water Science . 2, pp: 77-86.
Nethaji,  S.  Sivasamy,  A.  Mandal.,  A.B.  2013.  Adsorption  Isotherms,  Kinetics  and Mechanism  for  the  Adsorption  of  Cationic  and  Anionic  Dyes  onto  Carbonaceous Particles  Prepared  from  Juglans  regia  Shell  Biomass. International  Journal  of Environmental  Science and Technology . 10, pp : 231-242.
Oscik, J. (1983) Adsorption, Ellis Horwood Ltd, Chicester, England.
Slamet,  R.  Arbianti,  dan  Daryanto.  2005.  Pengolahan  Limbah  Organik  (Fenol)  dan Logam Berat (Cr 6+ Atau Pt 4+ ) Secara Simultan dengan Fotokatalis TiO 2 , ZnO-TiO 2 , dan Cds-TiO 2 , Makara Teknologi . 9(2), pp: 66-71.
Wahyuni,  N.  Silalahi,  I.  H.  Arryanto,  Y.  Sutarno,  dan  Zupriadi,  Y.  2008.  Hidrolisis Lempung Dari Kecamatan Capakala Dengan Variasi Konsentrasi Larutan Asam klorida. Jurnal Zeolit Indonesia . 7(1),  pp: 12-21.
Wahyuni,  N.,  Zissis,  G.,  &  Mouloungui,  Z.  (2018).  Characterization  of  acid  sites  on modified kaolinite by FTIR. AIP Conf. Proc. 2026, 020042-1–020042-7, AIP publisher. Yang, R. T., (2003). Adsorbents: fundamentals and applications, John Wiley and Sons, Inc., USA.
Yang, R. T. (2003) Adsorbents: Fundamentals and Applications, John Wiley and Sons, Inc., USA.