## STUDI KESETIMBANGAN ISOTHERM ADSORBSI LOGAM NIKEL(II) PADA LIMBAH CAIR MENGGUNAKAN CANGKANG TELUR : ADSORBEN BERBIAYA MURAH
Mohammad Jihad Madiabu 1* , Joko Untung 1 , Imas Solihat 2
1 Program Studi Analisis Kimia, Politeknik AKA Bogor
2 Program Studi Penjaminan Mutu Industri Pangan, Politeknik AKA Bogor *e-mail korespondensi penulis : mjihad1991@gmail.com

## Abstrak
Cangkang  telur  merupakan  limbah  rumah  tangga  yang  melimpah.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  melakukan investigasi model kesetimbangan yang terjadi pada proses adsorbsi ion logam nikel(II) menggunakan cangkang telur sebagai adsorben. Proses adsorbsi  menggunakan metode batch dengan waktu kontak tetap (60 menit) dan konsentrasi awal larutan nikel(II) yang berbeda-beda. Persentase efektifitas adsorbsi maksimum sebesar 93.91% menunjukkan  cangkang  telur  cukup  efektif  digunakan  sebagai  alternatif  adsorben  dalam  proses  pengolahan logam  nikel(II)  pada  limbah  cair.  Model  kesetimbangan  proses  adsorbsi  mengikuti  model  isotherm  Langmuir dengan nilai kapasitas adsorbsi sebesar 1.99 mg/g.

## Abstract
Eggshell  is  one  of  a  home  industry  waste.  The  objective  this  research  is  to  investigate  the  equilibrium  model which occur in the Ni(II) adsorption onto  eggshell as adsorbent. In our experiment, batch sorption were carried out with initial different nickel(II) concentration at constant contact time (60 minutes). Maximum percentage of adsorbtion  effectivity  is  93.91%  showed  that  eggshell  can  be  used  to  remove  nickel  metal  from  waste  water effectively.  Based  on  the  result,  nickel  adsorption  onto  eggshells  adsorbent  follows  the  Langmuir  isotherm model with adsorption capacity is 1.99 mg/g.

## PENDAHULUAN
Perkembangan  ilmu  pengetahuan, teknologi  dan  industri  terjadi  sangat  pesat dalam  beberapa  dekade  terakhir.  Produk samping  dari  industri  merupakan  limbah yang  umumnya  adalah  polusi  yang  dapat merusak  ekositem pada lingkungan (Ho et al., 2014). Salah satu contoh polusi adalah logam berat yang umumnya dihasilkan dari berbagai  macam  industri,  seperti  industri manufaktur baterai, galvanisasi, dan pertambangan.  Banyak  logam  berat  yang memiliki  kelarutan  tinggi  di  air.  Logam berat  seperti  logam  tembaga,  nikel,  kobalt dan besi diindikasikan bersifat karsinogenik.  Jika  terpapar  dalam  jangka
waktu  yang  lama  dengan  dosis  yang melebihi  batas  mutunya  akan  timbul masalah kesehatan lainnya, seperti gangguan  pencernaan,  pneumonia,  bahkan gangguan  jantung  dan  tiroid  (Chen  et  al. 2018; Klatte et al. 2017; Yang et al. 2009; Yee  dan  Mohamed,  2016).  Berdasarkan hal  tersebut  pengolahan  limbah  menjadi topik menarik bagi peneliti.
Beberapa metode pengolahan dapat dilakukan untuk mengurangi limbah logam berat pada air seperti presipitasi, ekstraksi, penukar  ion,  elektrolisis,  dan reverse osmosis (Francis  dan  Abdel  Rahman.
2016;  Katsiapi  et  al.,  2010;  Reddy  et  al.,
2009;  Yee  dan  Mohamed,  2016).  Namun,
metode tersebut rumit dalam pengerjaannya,  biaya  operasional  yang cukup  mahal  dan  tingkat  efektifitas  yang rendah.  Metode  adsorpsi  dapat  dijadikan alternatif  dalam  pengolahan  limbah  logam berat  pada  air  karena  tingkat  efektifitas tinggi,  mudah  dilakukan,  dan  biaya operasional yang rendah,
Adsorbsi merupakan proses
interaksi  antara  adsorbat  dengan  adsorben yang  terjadi  pada  permukaan  adsorben.
Beberapa  material  yang  sering  digunakan sebagai  adsorben  adalah  karbon  aktif, zeolit,  dan  bentonite.  Namun,  beberapa adsorben  tersebut  harus  melalui  tahapan aktifasi terlebih dahulu untuk meningkatkan kapasitas adsorbsinya.
Proses  tersebut  kurang  efisien  dalam proses  pengolahan  limbah.  Salah  satu material lain yang dapat digunakan sebagai adsorben  adalah  cangkang  telur  yang dianggap  hanya  sebagai  limbah  rumah tangga.  Komponen  utama  dari  cangkang telur adalah kalsium karbonat dan beberapa  persen  saja  zat  organik  (Balaz, 2014;  Nakano,  et  al.,  2003).  Dengan komposisi tersebut dan morfologi permukaan  cangkang  telur  yang  berpori memiliki  potensi  untuk  digunakan  sebagai adsorben  untuk  menjerap  logam-logam berat.  Beberapa  penelitian  membuktikan cangkang  telur  berhasil  menjerap  logam berat  seperti  besi,  tembaga,  cadmium,  dan mangan  dengan  efisiensi  adsorbsi  yang
tinggi  (Ahmed et al.,  2012;  Choi  dan  Lee, 2015;  Park  et  al.,  2007;  Yeddou  dan Bensmaili,  2017).  Tujuan  dari  penelitian ini  adalah  untuk  mengetahui  model kesetimbangan  adsorpsi  logam  nikel(II) menggunakan  cangkang  telur  sebagai adsorben.

## 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, 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  100
0 C  selama  24  jam.  Tahap  berikutnya, cangkang  telur  kering  dihaluskan  dan disaring  menggunakan  saringan  berukuran 60 mesh.
Pembuatan  larutan  induk  logam  Ni 1000 mg/L
Sejumlah  garam  Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O  yang sudah ditimbang dimasukkan kedalam labu ukur  100  mL,  kemudian  aquabidest ditambahkan  sampai  tanda  tera  dan dihomogenkan. Larutan kerja dibuat dengan  mengencerkan  larutan  induk  Ni sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan. Larutan  untuk  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  konsentrasi adsorbat  dengan  rentang  konsentrasi  10- 100  mg.L -1 dengan  bobot  adsorben  dan waktu  kontak  yang  dibuat  tetap.  Nilai efektifitas  adsorpsi  logam  Ni  dapat dihitung  menggunakan  persamaan  di bawah ini Adsorpsi (%) = (1)
Co :  Konsentrasi  larutan  logam  Ni
sebelum adsorpsi (mg/L)
Ce :  Konsentrasi  larutan  logam  Ni ketika  kondisi  kesetimbangan  tercapai (mg/L)

## Variasi Konsentrasi
0.5  g  serbuk  cangkang  telur dimasukkan  kedalam  erlenmeyer  100  mL. Kemudian erlenmeyer ditambahkan larutan Ni  dengan  rentang  konsentrasi  10-100 mg/L.  Kemudian  larutan  diletakkan  pada shaker dan  diaduk  dengan  kecepatan agitasi  sebesar  120  rpm  dengan  waktu kontak  selama  60  menit.  Larutan  yang sudah  diaduk  kemudian  di  saring.  Setelah itu,  filtrat  hasil  penyaringan  digunakan untuk mengukur kadar logam Ni menggunakan  instrumen  spektrofotometer serapan  atomik.  Konsentrasi  akhir  logam Ni diperoleh menggunakan kurva kalibrasi larutan Ni standar

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pembuatan Adsorben Cangkang Telur
Pembuatan adsorben cangkang telur  terbagi  menjadi  tiga  tahap,  yaitu proses pencucian, pengeringan, dan penghalusan.  Pada  tahap  awal,  cangkang telur  dicuci  menggunakan  air  destilasi untuk  memastikan  semua  pengotor  yang menempel pada permukaan cangkang telur hilang.  Kemudian,  cangkang  telur  di keringkan  dalam  oven  untuk  memastikan semua  partikel  air  yang  menempel  di permukaan cangkang telur menguap sempurna.  Proses  pengeringan  ini  juga bertujuan untuk membuka pori-pori
cangkang  telur.  Tahap  terakhir  adalah, proses penghalusan dilakukan untuk memperbesar  luas  permukaan  bidang sentuh  adsorben  sehingga  meningkatkan sisi aktif untuk proses adsorbsi.
Pengaruh  Konsentrasi  Awal  Logam pada Proses Adsorbsi Logam Nikel(II)
Konsentrasi merupakan faktor kunci  dalam  memahami  proses  adsorbsi. Variasi  ini  dilakukan  untuk  mengetahui kondisi  kesetimbangan  proses  adsorbsi logam  Ni  pada  permukaan  adsorben.
Gambar  6  menunjukkan  kurva  persentase efisiensi  adsorbsi  logam  Ni  menggunakan cangkang  telur  sebagai  adsorben.  Nilai persentase  efisiensi  terbesar  terjadi  pada konsentrasi  larutan  uji  sebesar  10  ppm. Namun, ketika konsentrasi awal larutan Ni meningkat, tren efisiensi penjerapan logam Ni  menurun.  Penurunan  tajam  nilai efisiensi  penjerapan logam  Ni  terjadi pada rentang konsentrasi 50 ppm sampai dengan 75 ppm.
Gambar  1 .  Kurva  persentase  efisiensi  dan  q e adsorbsi logam Ni dengan adsorben cangkang telur (variasi konsentrasi awal)
Penurunan nilai persentase efisiensi adsorbsi pada kurva diakibatkan permukaan  adsorben  yang  lebih  cepat jenuh  pada  konsentrasi  tinggi,  Jumlah  ion logam  Ni  yang  melimpah  menyebabkan laju  difusi  menjadi  lebih  cepat  sehingga kesetimbangan  pada  permukaan  adsorben tercapai  lebih  cepat.  Selain  itu,  proses desorpsi  sedikit  lebih  dominan  pada konsentrasi yang tinggi yang dimungkinkan  tolakan  antara  partikel  ion logam yang memiliki muatan sama.
Cangkang  telur  berpotensi  tinggi sebagai alternatif adsorben untuk menghilangkan logam nikel(II) pada limbah  cair  yang  dibuktikan  dengan  nilai persentase  efisiensi  adsorbsi  yang  tinggi ketika konsentrasi larutan Ni cukup besar.

## Studi  Kesetimbangan  Adsorpsi  Logam Nikel(II)
Jumlah logam Ni yang terjerap oleh cangkang telur dapat dihitung menggunakan  persamaan  dibawah  ini (Borhade dan Kale, 2017;  Bhatnagar et al. 2009).
(2)
q  =  banyaknya  logam  Ni  yang  terjerap  per  gram cangkang telur (mg/g)
C 0 = konsentrasi logam Ni awal (mg/L) Ct  = konsentrasi logam Ni akhir (mg/L) m  = massa cangkang telur yang digunakan (g) V  = volume larutan logam Ni (L)
Kesetimbangan dalam proses adsorbsi  dapat  ditentukan  menggunakan beberapa  model  isoterm  adsorbsi,  pada penelitian  ini  model  yang  digunakan diantaranya  model  Langmuir,  Freundlich dan Dubinin Radushkevich.
Gambar 2. Kurva linear isoterm adsorbsi logam Ni  dengan  adsorben  cangkang  telur,  (a) Langmuir, (b) Freundlich, (c) Dubinin- Radushkevich

## 1. Model Isotherm Langmuir
Model isotherm Langmuir
mengasumsikan bahwa sisi aktif
permukaan adsorben memiliki kemampuan yang homogen dalam mengadsorb adsorbat,  sehingga  hanya  akan  terbentuk satu lapisan saja pada permukaan adsorben (Tizo  et  al,  2018).  Persaman  linear  dari model isotherm ini adalah
(3)
q e adalah  banyaknya  logam  nikel(II)  yang terjerap pada saat terjadinya
kesetimbangan  (mg/g),    C e merupakan konsentrasi  logam  nikel(II)  pada  saat terjadinya  kesetimbangan  (mg/L),  q m menyimbolkan  jumlah  maksimum  logam nikel(II)  yang  dibutuhkan  untuk  membuat lapisan monolayer pada permukaan cangkang telur (mg/g), dan K L menunjukkan  konstanta  Langmuir,  yang berhubungan  dengan  afinitas  sisi  aktif cangkang telur (L/mg).
Plot  linear dan ditunjukkan
oleh  gambar  2a  dan  dihasilkan  nilai  R 2 diperoleh  sebesar  0.9933dan  kapasitas adsorbsi maksimum diperoleh sebesar 1.99 mg/g.  Karakteristik  dari  model  isotherm Langmuir ini dapat di tentukan menggunakan  parameter  non-dimensional, RL.  Persamaan  untuk  menentukan  R L ini ditunjukkan oleh persamaan
(4)
Jika  nilai  R L =  0,  proses  adsorbsi bertipe  irreversible,  0  <  R L <  1  bertipe favorable ,  dan  bersifat unfavorable jika
nilai  R L =  1.  Berdasarkan  data  percobaan, proses  adsorbsi  logam  Ni  menggunakan cangkang telur pada penelitian ini termasuk ke dalam tipe favorable .

## 2. Model Isotherm Freundlich
Model isotherm Freundlich
mengasumsikan  kemampuan  sisi  aktif  di permukaan adsorben memiliki kemampuan adsorbsi yang berbeda, sehingga dimungkinkan  terbentuknya  multi  lapisan adsorbat  (Tizo  et  al,  2018).  Bentuk  linear dari persamaan model isotherm Freundlich ini ditunjukkan oleh persamaan 5.
(5)
q e adalah  banyaknya  logam  nikel(II)  yang terjerap pada saat terjadinya kesetimbangan  (mg/g),    C e merupakan konsentrasi  logam  nikel(II)  pada  saat terjadinya  kesetimbangan  (mg/L),  K f
adalah  konstanta  Freundlich  yang  setara dengan  kapasitas  adsorbsi  (mg/g),  dan  n menyimbolkan  faktor  heterogenitas  (g/L) sekaligus penentu tipe adsorbsi, Jika n > 1, maka adsorbsi bertipe favorable .
Plot  linear  antara  ln  q e dan  ln  C e
ditunjukkan  gambar  2b  memberikan  nilai R 2 sebesar  0.988.  Hasil  pengolahan  data adsorbsi  logam  Ni  menunjukkan  nilai  n  = 2.39, sehingga memiliki tipe adsorbsi yang favorable dengan kapasitas adsorbsi maksimum sebesar 0.49 mg/g.
3. Model Isotherm Dubinin
Radushkevich
Model  isotherm  ini  merupakan model  yang  umum  digunakan  untuk mengetahui  mekanisme  adsorbsi  pada permukaan yang bersifat heterogen. Model ini pun sering digunakan dalam menentukan  tipe  interaksi  yang  terjadi dalam  proses  adsorbsi,  terutama  pada adsorbsi  logam  berat  yang  menggunakan adsorben yang memiliki pori (Vijayaraghavan  et  al,  2006;  Israel  dan Eduok,  2012).  Persamaan  6  menunjukkan bentuk  linear  untuk  model  isotherm Dubinin  Radushkevich  (Ayawei  et  al, 2017).
(6)
(7)
(8)
q e =   jumlah  ion  logam  Ni  yang  teradsorb pada kondisi setimbang (mg/g)
q m =   jumlah  ion  logam  Ni  yang  teradsorb maksimum  pada  kondisi  setimbang (mg/g)
C e =   konsentrasi  ion  logam  Ni  pada  kondisi setimbang (mg/L)
β =   konstanta Dubinin-Radushkevich (mol 2 /J 2 ) ε =   potensial Polanyi (mol/J)
R =   konstanta gas ideal (8.314 J.mol -1 .K -1 ) T =   suhu (K)
E
=   energi bebas rata-rata (J)
Besarnya  nilai  R 2 dari  plot  linear  ln q e dan ε 2 adalah  0.7527.  Berdasarkan perhitungan  data  adsorbsi  logam  Ni diperoleh  nilai  energi  bebas  rata-rata diperoleh  sebesar  1.29  kJ/mol.  Jumlah energi yang kurang dari 8 kJ menunjukkan bahwa  interaksi  yang  terjadi  pada  proses adsorbsi  logam  Ni  pada  permukaan cangkang  telur  ini  berupa  interaksi  fisika (fisisorbsi).  Nilai  kapasitas  adsorbsi  yang dihasilkan  pada  model  isotherm  Dubinin Radushkevich  ini  tidak  berbeda  jauh dengan nilai q m model isotherm Langmuir.
Secara umum, model isoterm Langmuir  (R 2 =  0.9933)  memberikan  plot dengan  tingkat  linearitas  yang  tinggi  jika dibandingkan  model  isoterm  Freundlich (R 2 = 0.988) dan Dubinin-Radushevich (R 2
=  0.7527).  Hal  ini  dapat  diinterpretasikan bahwa proses adsorbsi mengikuti mekanisme  Langmuir  yang  menunjukkan semua  sisi  aktif  cangkang  telur  memiliki kemampuan yang homogen dalam berinteraksi  dengan  adsorbat  sehingga pada  permukaan  cangkang  telur  hanya dapat  terbentuk  satu  lapisan  adsorbat. Adapun beberapa parameter untuk masing- masing  model  isoterm  terangkum  pada Tabel 1.
Tabel  3.    Parameter  Isoterm  Adsorbsi  Logam  Ni Menggunakan Cangkang Telur Sebagai Adsorben Jenis Isotherm Konstanta Nilai Langmuir q m (mg/g) 1.99 K a (L/mg) 0.27 R L 0.22 Freundlich 1/n 0.4 K F (L/mg) 0,49 Dubinin- Radushkevich q m (mg/g) 1.07 β (mol/J) 3 x 10 -7 E (kJ/mol) 1.29

## KESIMPULAN
Cangkang  telur  efektif  digunakan  sebagai adsorben  alternatif  dan  ramah  lingkungan dalam  proses  pengolahan  limbah  logam berat  terutama  nikel(II).  Hal  tersebut dibuktikan    pada  hasil  penelitian  ini  nilai persentase  efisiensi  adsorbsi  logam  Ni mencapai lebih dari 70 % untuk konsentrasi  yang  cukup  tinggi.  Model kesetimbangan adsorbsi logam Ni mengikuti  model  isotherm  Langmuir dengan  kapasitas  adsorbsi  sebesar  1.99 mg/g.

## DAFTAR PUSTAKA
Ayaweyi,  N.,  Ebelegi,  A.  N.,  Wankasi,  D.
Modelling  and  interpretaion  of adsorbtion  isoterm. Journal  of Chemistry . 2017
Balaz,  M.  Eggshell  membrane  biomaterial
as  a  platform  for  applications  in materials science. Acta
Biomaterialia . 2014 ,  10,  3827-
3843
Chen,  L.,  Zhou, S., Shi,  Y., Wang, C.,  Li, B.,  Li,  Y.,  Wu,  S.  Heavy  Metals in Food Niops, 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
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
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
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
Israel,  U.,  Eduok,  U.  M.  Biosorption  of zinc  from  aqueous  solution  using coconut  (Cocos  nuciferal)  coir
dust. Achieves  of  Applied  Science Research , 2012 , 4, 809-819
Katsiapi,  A., Tsakiridis,  P. E., Oustadakis, P., Agatzini-Leonardou, S. Cobalt recovery  from  mixed  Co-Mn hydroxide precipitates by ammonia-ammonium carbonate leaching. Miner.  Eng . 2010 ,  23,
643-651
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  the  removal  of Pb 2+ ,  Cd 2+ ,  and  Cu 2+ from aqueous  solutions, J.  Ind.  Eng. Chem . 2012 , 18,  198–204.
Nakano,  T.,  Ikawa,  N.  I.,  Ozimek,  L.
Chemical  composition  of  chicken eggshell  and  shell  membranes.
Poultry  Science . 2003 ,  82,  510- 514
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 ,
Reddy,  B.  R.,  Rao,  S.  V.,  Park,  K.  H.
Solvent  extraction  separation  and recovery  of  cobalt  and  nickel from  sulphate  medium  using mixtures  of  TOPS  99  and  TIBPS extractants. 2009, 22, 500-505 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
Vijayaraghavan,  K.,  Padmesh,  T.  V.  N.,
Palanivelu, K., Velan, M.
Biosorption  of  nickel  (II)  ions
onto Sargassum
wightii:
application  of  two  parameter  and three  parameter  isotherm  models. Journal  of  Hazardous  Materials ,
2006 , 133, 1-3
Yang, S., Li, J., Shao, D., Hu, J., Wang, X.
Adsorption  of  Ni(II)  on  oxidized multi-walled  carbon  nanotubes: Effect of contact time, pH, foreign
ions  and  PAA. J.  Hazard.  Mater ,
2009 , 166, 109-116
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
Yee,  C.  C.,  Mohamed,  N.  Removal  of cobalt  from  ammonium  chloride solution using a batch cell through an electrogenerative process.
Separation and Purification Technology , 2016 ,  162,  154-161