## PENJERAPAN LOGAM KADMIUM (Cd
2+ ) DENGAN ADSORBEN

## CANGKANG TELUR BEBEK YANG TELAH DIAKTIVASI
Krisnawati, Jasinda,  Iriany Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
Email : krisnawati_16@students.usu.ac.id

## Abstrak
Limbah  berbahaya  merupakan  limbah  yang  membahayakan  kesehatan  manusia.  Salah  satu  logam berat  yang  terkandung  di  dalam  limbah  berbahaya  adalah  kadmium.  Tujuan  penelitian  ini  adalah untuk  menentukan  karakteristik  penjerapan  kadmium,  penentuan  waktu  setimbang,  persentase adsorpsi, kinetika adsorpsi, isotherm adsorpsi dan kapasitas adsorpsi dari penjerapan ion logam Cd dengan  adsorben  cangkang  telur  bebek.  Adsorben  cangkang  telur  bebek  yang  telah  diaktivasi  pada suhu  600 0 C  dimasukkan  ke  dalam  larutan  logam  kadmium  dan  diaduk.  Sampel  diambil  setiap  10 menit  untuk  diuji  dengan  AAS.  Pada  penelitian  ini  menunjukkan  persentase  adsorpsi  yang  semakin meningkat  dan  semakin  lama  waktu  setimbang  dicapai  seiring  dengan  bertambahnya  jumlah adsorben. Persamaan orde satu Lagergen digunakan sebagai model kinetika adsorpsi dan persamaan Bangham digunakan sebagai model isotherm adsorpsi.
Kata kunci: adsorben, adsorpsi, logam berat, isotherm adsorpsi, kinetika adsorpsi

## Abstract
Harzadous waste water is the waste that can be harmful to human’s health. One of heavy metals that contains  in  harzadous  waste  is  cadmium.  This  research  aims  to  investigate  the  characteristic  of cadmium  adsorption,  equilibrium  time,  percentage  adsorption,  adsorption  kinetic,  adsorption isotherm and capacity of cadmium adsorption by using duck egg’s shell adsorbent. Duck egg’s shell adsorbent  that  had  been  activated  at  600 0 C  were  put  into  cadmium  solution  and  mixed  together. Every  10  minutes  experimental  samples  were  analyzed  using  AAS.  The  results  indicated  that percentage adsorption increases and the longer equilibrium time will be reached with an increase of adsorbent dosage. The Lagergen first order Models was applied as adsorption kinetics model and the Bangham Models was applied as adsorption isotherms models.
Keywords: adsorbent, adsorption, heavy metal, adsorption isotherm, adsorption kinetic

## Pendahuluan
Air  merupakan  kebutuhan  dasar  dari kehidupan  karena  peranan  air  yang  begitu kompleks  bagi  makhluk  hidup  dan  lingkungan. Akan tetapi seiring dengan berkembangnya IPTEK, memacu  terjadinya  pencemaran  baik  pencemaran air,  udara  maupun  tanah.  Pencemaran  ini  bisa disebabkan oleh limbah yang dibuang oleh industri. Limbah  yang  paling  banyak  mendapat  perhatian adalah  limbah  logam  –  logam  berat  seperti kadmium (Cd).
Industri elektroplating merupakan salah satu industri  yang  menghasilkan  limbah  logam  berat. Limbah yang dihasilkan tergolong limbah berbahaya.  Di  dalam  limbah  tersebut  terkandung logam  kadmium.  Pada  tahun  2008  jumlah  limbah B 3 yang  dihasilkan  di  negara  Indonesia  sebanyak 402  juta  ton.  Sementara  pada  tahun  2009  jumlah limbah  B 3 yang  dihasilkan  naik  menjadi  438  juta ton  [7].  Menurut  Peraturan  Pemerintah  Nomor  82 Tahun  2001  tentang  Pengolahan  Kualitas  Air  dan Pengendalian Pencemaran Air, konsentrasi kadmium  yang  aman  untuk  air  minum  manusia tidak boleh lebih dari 1 ppm [8]. Dengan demikian
perlu  ditemukan  cara  untuk  mengolah  limbah berbahaya agar tidak membahayakan lingkungan.
Para  peneliti  sebelumnya menemukan bahwa  kalsit  yang  ada  pada  cangkang  telur  bebek dapat digunakan sebagai adsorben untuk menjerap (mengadsorpsi)  logam  –  logam  berat  [1].  Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui kemampuan  adorben  cangkang  telur  bebek  yang telah  diaktivasi  pada  suhu  600 0 C  untuk  menjerap ion  logam  kadmium.  Selain  itu  juga  untuk menentukan  waktu  setimbang,  kinetika  adsorpsi, isotherm adsorpsi  dan  kapasitas  adsorpsi  dari proses penjerapan ion logam kadmium.

## Teori
Logam kadmium digunakan untuk elektrolisis,  bahan  pigmen  untuk  industri  cat, enamel  dan  plastik.  Logam  kadmium  masuk  ke dalam  jaringan  tubuh  makhluk  hidup  melalui beberapa  cara  seperti  pernafasan,  pencernaan  dan penetrasi melalui kulit [5].
Adsorpsi  adalah  proses  pemisahan  dimana komponen tertentu dari suatu fasa fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menjerap (adsorben) [2]. Proses adsorpsi terjadi pada permukaan pori –
pori dalam adsorben [6]. Luas permukaan spesifik sangat  mempengaruhi  besarnya  kapasitas  adsorpsi dari  adsorben  [3].  Di  dalam  penelitian  ini digunakan cangkang telur bebek sebagai adsorbennya. Penggunaan adsorben cangkang telur bebek  disebabkan  daya  serap  yang  baik,  limbah dapur yang sangat banyak dan tidak dimanfaatkan.
Model  kinetika  adsorpsi  yang  diperoleh digunakan untuk memeriksa kinetika adsorpsi dari logam berat dan untuk  mengetahui skala kuantitas yang diadsorpsi pada proses adsorpsi [10].
Dalam  penelitian  ini  digunakan  persamaan kinetika orde satu semu Lagergen untuk  mewakili proses  penjerapan  logam  kadmium.  Persamaan orde  satu  semu Lagergen ditunjukkan  pada persamaan 1 [2].
= k 1 ( q eq – q t ) …….………………… (1) dengan q eq adalah jumlah material yang teradsorpsi per  unit  berat  adsorben  pada  kesetimbangan (mmol/gr),  q t adalah  jumlah  material  yang teradsorpsi  per  unit  berat  adsorben  pada  waktu  t (mmol/gr), k 1 adalah konstanta kecepatan adsorpsi orde satu semu (L/menit).
Setelah  dilakukan  integrasi  dengan  kondisi  batas, untuk  t  =  0  dan  q  =  0  maka  persamaannya ditunjukkan pada persamaan 2.
log (q eq – q) = log (q eq ) – 1 t ………( ) Persamaan isotherm adsorpsi yang
digunakan  untuk  penelitian  ini  adalah  persamaan isotherm
Freundlich. Isotherm Freundlich digunakan  untuk  rentang  konsentrasi  yang  kecil dan  campuran  yang  cair. Isotherm Freundlich berdasarkan  asumsi  bahwa  adsorben  mempunyai permukaan  yang  heterogen  dan  tiap  molekul mempunyai  potensi  penjerapan  yang  berbeda  - beda. Persamaan 3 merupakan persamaan Freundlich  yang  paling  banyak  digunakan  pada saat ini.
= 1 ………..……………...............(3)
dengan  x  adalah  banyaknya  zat  terlarut  yang teradsorpsi  (mg),  m  adalah  massa  dari  adsorben (mg),  C  adalah  konsentrasi  dari  adsorbat  yang tersisa  dalam  kesetimbangan,  k  dan  n  adalah konstanta.  Dari  persamaan  3,  jika  konsentrasi larutan  dalam  kesetimbangan  diplot  sebagai  absis dan  konsentrasi  adsorbat  dalam  adsorben  sebagai ordinat  pada  koordinat  logaritmik,  akan  diperoleh gradien n dan intersep k. Dari isotherm adsorpsi ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menjerap air. Isotherm Freundlich  ini  digunakan  dalam penelitian yang dilakukan, karena dengan isotherm adsorpsi  ini  dapat  ditentukan  efisiensi  dari  suatu adsorben [13].

## Metodologi Penelitian
Bahan  yang  digunakan  adalah  adsorben cangkang  telur  bebek  yang  telah  diaktivasi  pada suhu  600 0 C,  larutan  logam  berat  kadmium, aquabidest dan asam klorida.

## Proses Penjerapan Ion Logam Kadmium
Tiga  buah beaker  glass 1000  ml  diisi dengan larutan logam kadmium 12,5 ppm. Setelah itu,  ke  dalam  masing  –  masing beaker  glass ditambahkan adsorben sebanyak 0,5 gram; 1 gram dan  1,5  gram.  Campuran  diaduk  dengan magnetic stirrer dengan interval waktu pengambilan sampel 10 menit hingga tercapai waktu setimbang. Sampel diambil  dan  disaring  dengan  menggunakan  kertas saring.  Sampel  diukur  konsentrasinya  dengan menggunakan  AAS.  Pengukuran  dilakukan  terus hingga konsentrasi logam konstan.

## Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan  penelitian  pendahuluan  yang dilakukan  diperoleh  bahwa  luas  permukaan  dari adsorben cangkang telur tersebut sebesar 2.700,978  m 2 /g.  Luas  permukaan  ini  diukur dengan  menggunakan  metode  metilen blue yang dilakukan oleh Putra [2008].

## Pengaruh  Jumlah  Adsorben  Terhadap  Waktu Setimbang dan Persentase Adsorpsi
Hubungan antara konsentrasi logam kadmium  yang  tersisa  di  filtrat  dengan  waktu adsorpsi pada variasi jumlah adsorben dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Hubungan C sisa Ion Logam Kadmium terhadap Waktu
Pada  gambar  1  terlihat  bahwa  konsentrasi larutan kadmium yang tersisa dalam filtrat semakin menurun  dengan  bertambahnya  waktu.  Gambar  1 juga  menunjukkan  bahwa  jumlah  adsorben mempengaruhi  konsentrasi  logam  kadmium  yang tersisa dalam larutan.
Dari  gambar  1  terlihat  bahwa  jumlah adsorben  yang  semakin  kecil  membuat  waktu setimbang  semakin  singkat.  Hasil  yang  diperoleh dari  pengaruh  jumlah  adsorben  dengan  waktu setimbang  dan  persentase  adsorpsi  dapat  dilihat pada tabel 1.
0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 120 140 C si sa L o g a m Ka d m iu m (p p m ) Waktu (menit) 0,5 gram adsorben 1 gram adsorben 1,5 gram adsorben
Tabel  1.  Persentase  Adsorpsi  yang  Diperoleh dari Penjerapan Ion Logam Kadmium Jumlah Adsorben (gr) Waktu Setimbang (menit) Persentase Adsorpsi 0,5 90 33,2632 1,0 130 53,7895 1,5 110 64,6667 Berdasarkan penelitian Ghazy [2008],
Nurhasni  [2012]  dan  Siti  [2010]  diketahui  bahwa konsentrasi  ion  logam  semakin  menurun  dengan bertambahnya  jumlah  adsorben  yang  digunakan. Selain  itu,  waktu  adsorpsi  berpengaruh  terhadap persentase  adsorpsi.  Pada  awal  kenaikan  waktu adsorpsi maka akan menaikkan persentase adsorpsi ion  logam.  Semakin  lama  proses  adsorpsi berlangsung  maka  persentase  adsorpsi  tidak  akan mengalami  kenaikan  yang  berarti.  Hal  ini disebabkan  bahan  penjerap  telah  jenuh  sehingga pertambahan  waktu  tidak  akan  mempengaruhi persentase  adsorpsi.  Jumlah  adsorben  yang semakin  banyak  akan  memperbanyak  penjerapan ion  logam  yang  ada  pada  suatu  larutan  sehingga persentase adsorpsi meningkat.
Dari tabel 1 terlihat bahwa dengan bertambahnya  adsorben  maka  akan  semakin  lama waktu  setimbang  yang  tercapai.  Akan  tetapi  pada jumlah  adsorben  1,5  gram  tidak  dijumpai fenomena yang sama seperti penjelasan sebelumnya.  Dari  hasil  yang  diperoleh  waktu setimbang  dengan  menggunakan  1,5  gram  lebih singkat  daripada  waktu  setimbang  yang  diperoleh dari  1  gram  adsorben.  Hal  ini  disebabkan meningkatnya  frekuensi tumbukan antara adsorbat dan  adsorben  sehingga  menyebabkan  sebagian besar  ion  logam  kadmium  yang  ada  pada  filtrat telah  terjerap  ke  dalam  adsorben  sehingga adsorben  menjadi  cepat  jenuh.  Kemungkinan  lain dari  fenomena  ini  dimana  jumlah  adsorben cangkang  telur  bebek  sebanyak  1,5  gram merupakan  jumlah  adsorben  optimum  dalam penjerapan logam kadmium.

## Penentuan Kinetika Adsorpsi
Kurva  yang  menunjukkan  kinetika  adsorpsi untuk penjerapan ion logam kadmium dapat dilihat pada gambar 2.
Dari  gambar  2  diperoleh  bahwa  penjerapan ion  logam  kadmium  dapat  diwakili  oleh  kinetika orde  satu Lagergen .  Hal  ini  terlihat  dari  nilai koefisien  korelasi  (R 2 )  yang  diperoleh  sebesar 0,7433.  Nilai  konstanta  kinetika  adsorpsi  atau  k 1 diperoleh sebesar 0,0299.
Persamaan  orde  satu Lagergen pernah digunakan  oleh  Nuryono  [2007]  untuk  proses adsorpsi ion logam Cd.
Gambar  2.  Grafik  Kinetika  Adsorpsi  Persamaan Orde Satu Lagergen untuk Penjerapan Ion
Logam Cd
Penentuan  Isotherm Asorpsi dan  Kapasitas Adsorpsi Pola isotherm adsorpsi  cangkang  telur bebek  terhadap  ion  logam  kadmium  dapat  dilihat pada gambar 3. Kurva isotherm adsorpsi cangkang telur  bebek  terhadap  ion  logam  kadmium  dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar  3.  Pola Isotherm Adsorpsi  Cangkang  Telur Bebek terhadap Ion Logam Kadmium
Gambar  4.  Kurva Isotherm Adsorpsi  Freundlich Cangkang  Telur  Bebek  terhadap  Ion  Logam Kadmium
Dari  gambar  4  diperoleh  bahwa  penjerapan ion  logam  kadmium  dapat  diwakili  oleh isotherm adsorpsi  Freundlich.  Hal  ini  terlihat  dari  nilai koefisien  korelasi  yang  diperoleh  sebesar  0,9916. Nilai k sebesar 1,4077 dan n sebesar 0,9969.
Isotherm Freundlich adalah isotherm adsorpsi  yang  paling  sering  digunakan  untuk proses  penjerapan.  Dada  [2012]  menggunakan isotherm Freundlich dalam penjerapan logam berat seperti kadmium.
Pada  penelitian  ini,  kapasitas  adsorpsi  yang diperoleh sebesar 1,4077 mg/g. Kapasitas adsorpsi
y = -0.013x + 1.1168 R² = 0.7433 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 0 20 40 60 80 100  120  140 lo g ( q e - qt) t 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.10 0.15 0.20 0.25 J u m la h C d y a n g d ij er a p (m g /g ) Konsentrasi setimbang Cd dalam  larutan (ppm) y = 1.0031x + 0.1485 R² = 0.9916 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.5 0.7 0.9 1.1 lo g q e log Ce
yang diperoleh mencerminkan jumlah rongga yang terdapat  dalam  adsorben  cangkang  telur  bebek yang digunakan.

## Kesimpulan
Kemampuan adsorben cangkang telur bebek dalam menjerap logam berat dapat dilihat dari nilai persentase  adsorpsi  penjerapan.  Nilai  persentase adsorpsi paling maksimum sebesar 64,6667% pada jumlah adsorben 1,5 gram.
Dalam  penelitian  ini,  semakin  banyak jumlah  adsorben  yang  digunakan  maka  semakin lama waktu setimbang tercapai.
Persamaan  kinetika  adsorpsi  yang  sesuai untuk  penjerapan  ion  logam  Cd  adalah  persamaan kinetika  orde  satu Lagergen . Isotherm adsorpsi yang  mewakili  penjerapan  ion  logam  Cd  adalah isotherm Freundlich.  Kapasitas  adsorpsi  dari penjerapan  ion  logam  Cd  adalah  sebesar 1,4077 mg/g.

## Daftar Pustaka
[1]  A.  A.  Bawa  Putra,  P.  Suarya,  I.  M.  Wisnu
A hipu ra   “S u i  A sorpsi Desorpsi Loga Timbal  dalam  Larutan  dengan  Cangkang Telur  Aya ”.  Sig a   II( )      8:  hal  177  – 186.
[2]  Aje g Ta i  ya Apsari  Di a Fi rias i. “S u i Kinetika  Penjerapan  Ion  Khromium  dan  Ion
Tembaga Menggunakan Kitosan Produk dari a g a g  Kepi i g”.  S ripsi.  Progra Sarjana Fakulas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang. 2010. hal 22.
[3]  Bobi  Wahyu  Sapu ra   “Desai   Sis e A sorpsi   e ga   Dua  A sorber”.  S ripsi. Fakultas Teknik UI. Desember 2008: hal 42.
[4]  Dada, A.O., Olalekan, A. P., Olatunya, A. M., Da a   O.   “La g uir   Freu  lich   Te p i and  Dubinin  –  Radushkevich  Isotherms Studies of Equilibrium Sorption of Zn 2+ Unto Phosphoric Aci  Mo ifie  Rice Hus ” IOSR Journal  of  Applied  Chemistry.  ISSN:  2278  – 5736,  Volume  3,  Issue  1  (Nov  –  Dec  2012), Page 38 - 45 http://www.iosrjournals.org/
[5]  Dar o o  “Ka  iu  (  )  ala  li g u ga dan  Pengaruhnya  terhadap  Kesehatan  dari Pro u  ivi as  Ter a ”   WARTAZOA   8(1) 11999: hal 28 – 32.
[6]  Ega Rofina, Amir Awaluddin, Halida Sophia.
“Daya A sorpsi Bir essi e Si  e is Terha ap Larutan Ion Logam Cd 2+ ”.  Lapora
Praktikum,  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan  Alam,  Universitas  Riau,  Pekan Baru, 2012: hal 1 – 13.
[7]  Kendro, ”Soal Li bah B 3 , Akurasi Data Jadi Ke  ala”   Kora   Surya  Pagi   1   Juli     8 Edisi 07.
[8]  Nurhasni,  Florentinus  Firdiyana,  Qosim Sya’ba    “Pe jerapa   Io   Alu i iu    a
Besi dalam Larutan Sodium Silikat Me ggu a a   Karbo   A  if”   Vale si   Vol.
2 No. 4 2012: hal 516 – 525.
[9]  Nuryo o e . al.  “A sorpsi Z  (II)  a     (II) pada Hibrid Amino – Silika dari Abu Sekam Pa i ”  Fa ul as  Ma e a i a  a    Il u Pengetahuan Alam, Jurusan Kimia, Universitas  Gajah  Mada,  Yogyakarta,  2007: hal 90 – 100 Artikel Jurnal [10]  R.  Bhau i    e .  a;.  (  1 ).  “  Eggshell Powder  as  an  Adsorbent  for  Removal  of Flouride from Aqueous Solution,
Equilibrium,  Kinetic  and  Thermodynamic S u ies”.  Jour al  of   he is ry   9   1457  – 1480.  Diakses  15  April  2013  dari  World Wide Web Publications.
[11] SE.  Ghazy,  A.A.  El  –  Asmy,  A.M.  El  – No rashy   “  Separa io   of   hro iu   (III) and  Chromium  (IV)  from  Enviromental Water  Samples  Using  Eggshell  Sorbent” Indian  Journal  of  Science  and  Technology,
6(1) 2008: hal 1 – 7.
[12] Siti  Wardiyati,  Grace  Tj.  Sulungbudi,
Ri wa    “A sorpsi  io   Pb 2+ dan  Ni 2+ oleh Na opar i el  γ-Fe 2 O 3 /Fe 2 O 4 ”.  Jur al  Sai s Materi  Indonesia.  Vol.  11.  No.  2.  Februari 2010: hal 83 – 87.
[13] Ya i  I a Wi ias u i       (  1 )  “A sorpsi Amonium  (NH 4 + )  pada  Zeolit  –  A  yang isi  esis   ari  Abu  Dasar  Ba u  bara” Fakultas  Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan Alam,  Jurusan  Kimia,  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
[14] Y .  Da ar o   ”Ki e i a  A sorpsi  Loga Berat  Cr  (VI)  dengan  Adsorpsi  Besi  Pasir ya g  Dilapisi  Besi  O si a”   E uilibriu 6(2) 2007: hal 65 – 70.